Projet TES4DM

Découvrir pour la première fois la matière noire légère

Impact

La matière noire représente l'un des plus grands défis de la physique moderne, avec 30 ans de recherches intensives. Ce phénomène est crucial en physique des particules, astrophysique et cosmologie. Le projet TES4DM ambitionne de détecter la matière noire sur une échelle de 12 ordres de grandeur en masse, allant de fractions d’électronvolt (eV) à la masse du proton, une capacité inédite dans le domaine. Pour ce faire, TES4DM, en lien avec la collaboration franco-américaine TESSERACT, utilise divers matériaux cibles et de nouvelles technologies de détecteurs cryogéniques ultra-sensibles. Le projet positionne la France en leader dans la recherche sur la matière noire légère, en installant ses expériences au Laboratoire souterrain de Modane, le plus profond d'Europe. Ce site permet d'intégrer des technologies de pointe en matière de détection, consolidant ainsi l'expertise française reconnue au niveau mondial dans ce domaine, tout en ouvrant de nouvelles voies dans la compréhension de l'Univers.

Verrous à lever

Pour atteindre ses objectifs scientifiques, le projet TES4DM doit surmonter plusieurs défis majeurs. Il s'agit notamment de développer une technologie de détecteur cryogénique et semi-conducteur hybride capable de détecter la matière noire interagissant avec les noyaux et les électrons. Il est crucial d'établir des méthodes efficaces pour identifier les signaux de matière noire tout en rejetant les bruits de fond, même à des niveaux d'énergie très faibles de quelques électronvolts. Ces points sont essentiels pour garantir des sensibilités sans précédent et lever la limite actuelle des capacités des expériences cryogéniques.

Risques

Les principaux risques incluent la difficulté d'atteindre les performances de détection attendues et de faire passer les seuils de détection de quelques dizaines d’eV à une centaine de meV. La gestion du bruit de fond à très basse énergie représente également un défi critique pour le réduire à moins de 100 eV. Chaque risque a été évalué, et des solutions techniques sont déjà identifiées ou en cours d’élaboration par TES4DM.

Potentiel d’innovation

Le projet TES4DM engendrera des retombées scientifiques, sociétales et technologiques significatives. Scientifiquement, il vise à améliorer les sensibilités à la matière noire, impactant la physique des particules, l'astrophysique et la cosmologie. Sur le plan sociétal, il pourra faciliter la détection des antineutrinos des réacteurs nucléaires, offrant ainsi un meilleur monitoring et contribuant à la non-prolifération des matériaux fissiles.  Enfin, sur le plan technologique, la recherche sur les bruits de fond à très basse énergie pourrait révolutionner le calcul quantique. En effet, ces bruits, souvent causés par des excès de chaleur parasites et la radioactivité environnante, limitent le temps de cohérence des qubits. La résolution de ce bruit rendra leur fabrication plus efficace.