Les Nouveaux Débuts de COSINE-100 dans la Recherche sur la Matière Sombre

Dans le monde trépidant de la science, il y a un sujet brûlant : la Matière noire. C’est une substance mystérieuse qui constitue une grande partie de l'univers, mais qu'on ne peut pas voir. Les scientifiques s'affairent à la trouver, et nos amis de l'expérience COSINE-100 ne font pas exception. Ils mettent à jour leur matériel pour l'observer de plus près. Imagine ça comme passer d'un vieux téléphone à un modèle dernier cri pour capter un meilleur signal dans une foule.

#Le Scintillateur liquide

Pour cette mise à jour, ils ont concocté un nouveau mélange de scintillateur liquide (appelons-le LS pour faire court). Ce n'est pas du jus ordinaire ; c'est un liquide spécial fabriqué à partir de benzène linéaire-alkyle, ça sonne classe, mais ça aide à détecter des signes de matière noire. Le plan est d'utiliser 2 400 litres de ce LS dans un nouveau labo souterrain à Yemilab. Ce LS est comme le videur à une soirée, aidant à repérer les invités non désirés-c'est-à-dire, le bruit de fond qui pourrait perturber leur chasse à la matière noire.

#Comment Ils Ont Mesuré la Radiopureté

Avant de commencer à utiliser ce LS, nos scientifiques devaient s'assurer qu'il était assez propre pour le job. Imagine utiliser une éponge sale pour nettoyer la vaisselle ; pas top ! Ils ont pris un échantillon de 445 mL de LS et l'ont placé dans un conteneur fait sur mesure. Deux gros tubes de capture de lumière ont été fixés au conteneur pour voir combien de Radiation de fond il contenait. Ils ont mesuré les niveaux d'uranium (U) et de thorium (Th), deux coupables qui pourraient gâcher leur fête s'ils étaient présents en trop grande quantité.

#La Chasse à la Matière Noire

Alors, c'est quoi le truc avec la matière noire ? C’est comme ce pote qui parle tout le temps d’un trésor mystérieux, sans que tu sois sûr qu'il existe vraiment. L'expérience DAMA prétend avoir trouvé des signes de matière noire grâce à des signaux mystérieux qui changent au cours de l'année. Pour vérifier ces affirmations, l'expérience COSINE a été lancée, espérant confirmer ou infirmer les découvertes.

Après 6,5 ans de travail acharné, COSINE-100 est revenu avec des résultats qui ont fait lever des sourcils, remettant en question les affirmations de DAMA. Maintenant, ils cherchent à passer à la vitesse supérieure avec la mise à niveau de COSINE-100, située dans leur nouvelle installation souterraine.

#Le Système LS en Action

Maintenant, parlons du système LS : il joue un rôle vital pour savoir ce qui se passe dans les cristaux utilisés pour la détection. Les cibles de cristal NaI(Tl) sont situées au milieu d'une boîte acrylique, entourées de 2 400 litres de LS. Cela garantit que les cristaux sont bien protégés par au moins 40 cm de LS tout autour. C’est comme envelopper ta possession la plus précieuse dans du papier bulle.

Dix-huit tubes capturant la lumière fixés à la boîte aident à enregistrer les signaux lumineux produits dans le LS. De cette façon, toute lumière venant de l'extérieur ou des cristaux eux-mêmes est notée. Le LS agit comme un système intelligent pour savoir quand un rayon gamma (un autre petit fauteur de troubles) se pointe. Jusqu'à présent, ça a montré de assez bons résultats, capturant jusqu'à 75 % des signaux attendus.

#Préparation pour la Prochaine Étape

Un peu de chimie était impliquée dans la fabrication du LS. Ils ont ajouté une substance pour l'aider à mieux briller, s'assurant que la lumière n'était pas gaspillée. Cependant, comme la lueur n'était pas tout à fait compatible avec les tubes lumineux, ils ont utilisé un autre ingrédient pratique pour décaler la longueur d'onde et bien la régler.

Avant d'ajouter le LS aux détecteurs, ils ont pris le temps de vérifier qu'il n'y avait pas de radioactivité indésirable. Ils ont collecté des données pendant un mois en utilisant un petit détecteur dans un laboratoire au sol, espérant attraper toute radiation de fond sournoise.

#Construction du Détecteur

Pour mesurer la propreté du LS, l'équipe a créé un détecteur spécial pour accueillir ce fameux échantillon de 445 mL. Ils l'ont monté avec deux tubes lumineux très efficaces logés dans des conteneurs sur mesure, garantissant que tout était bien en place. Ils ont même créé des ouvertures pour laisser passer les bonnes vibrations (ou la lumière) tout en gardant tout le reste à l'extérieur.

Une fois construit, ils ont protégé l'ensemble avec des briques de plomb pour bloquer la radiation errante, un peu comme mettre de la crème solaire pour éviter de brûler. Le dispositif était complété par des couches supplémentaires de matériau protecteur pour affronter tout ce que l'environnement pouvait leur jeter.

#Comment Ils Ont Compris Ce Qu'ils Voient

Pour savoir quels particules apparaissaient, ils ont utilisé une méthode connue sous le nom de Discrimination de forme d'impulsion (PSD). Ce terme sophistiqué signifie qu'ils ont identifié différents types de particules en examinant la lumière qu'elles produisaient. En regardant le timing des signaux lumineux, ils pouvaient dire si c'était l'uranium ou le thorium qui causait le trouble.

Ils ont créé un système pour mesurer la qualité de leur identification de particules, ce qui impliquait d'examiner beaucoup de données pour développer des critères afin de séparer les bons signaux des mauvais. Ils étaient comme des détectives résolvant une affaire-excluant les méchants pour arriver aux bonnes informations.

#La Calibration Énergétique

Lors de leur enquête, ils ont remarqué des pics distincts dans les données, indiquant la présence d'uranium et de thorium. Chaque pic leur a donné des informations précieuses, aidant à calibrer leurs mesures d'énergie. Ils devaient ajuster ces pics dans des modèles qui pouvaient leur dire ce qui se passait vraiment.

#Creuser dans la Coïncidence Temporelle

Nos scientifiques malins ne se sont pas arrêtés là. Ils ont aussi examiné comment différentes particules se désintègrent au fil du temps, surtout avec des éléments radioactifs comme l'uranium et le thorium. Ils ont découvert que lorsqu'une particule se désintègre, cela peut entraîner la désintégration d'une autre particule, apparaissant dans les données comme une coïncidence temporelle.

En gardant une trace de la fréquence de ces désintégrations et en les ajustant dans des équations, ils pouvaient mesurer combien de chaque élément radioactif était présent dans le LS. Ils ont découvert que certains événements qu'ils comptaient étaient liés à une contamination par le radon. C'est un peu comme découvrir que le pote qui a promis de t'aider est en fait aux abonnés absents à cause d'un autre souci.

#Vérification des Bonnes Quantités

Les données collectées ont été divisées pour analyser les niveaux de contamination plus en détail. Ils ont réalisé qu'il y avait une diminution de l'activité dans le temps, dont ils pouvaient retracer la cause à la contamination par le radon provenant du LS en cours de fabrication. Ils ont ajusté ces données dans leurs équations et déterminé que les niveaux de contamination étaient plutôt faibles, ce qui était une bonne nouvelle.

#Garder un Œil sur le Thorium Aussi

Ils n'ont pas oublié le thorium ; celui-ci peut aussi être sournois. En appliquant des méthodes similaires, ils ont vérifié l'activité thorium. Ils ont détecté des événements de désintégration grâce à des coïncidences temporelles et quantifié combien de thorium était présent.

#Tout sur les Bruits de Fond

Alors, la raison pour laquelle ils vérifient ces contaminations, c'est pour s'assurer que la chasse à la matière noire n'est pas gâchée par le bruit de fond. Les scientifiques ont simulé à quoi un "mauvais" bruit de fond ressemblerait, le comparant au modèle de bruit de fond réel qu'ils avaient de leur expérience. Ils ont trouvé que les niveaux de contamination de leur LS étaient négligeables pour la recherche de la matière noire, s'assurant qu'ils étaient prêts à partir.

#Dernières Vérifications

Pour valider davantage leurs résultats, l'équipe s'est tournée vers une méthode différente-utiliser des détecteurs en germanium de haute pureté (HPGe). Cette méthode vérifiait aussi les contaminants, et ils ont découvert que leur LS était suffisamment propre pour l'usage qu'ils en avaient besoin.

#Conclusion

En résumé, les scientifiques derrière la mise à niveau de COSINE-100 ont pris toutes les bonnes mesures pour s'assurer que leur nouveau scintillateur liquide est à la hauteur. Le travail qu'ils ont réalisé pour évaluer les niveaux de pureté montre qu'ils sont prêts à avancer dans leur recherche de matière noire. La combinaison de dispositifs astucieux, de techniques d'analyse intelligentes, et d'un peu de patience les a mis sur la bonne voie.

Qui sait, avec tout ce travail, ils pourraient bien trouver cette matière noire insaisissable ou, au moins, avoir une super histoire à raconter sur la façon dont ils ont géré la radioactivité sournoise qui essayait de gâcher leur fête !