L’expérience DAMIC-M (DArk Matter In CCDs at Modane), en cours d’installation au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM), utilise une nouvelle génération de capteurs en silicium, appelés Skipper CCDs, pour rechercher des particules légères de matière noire. Ces capteurs permettent une lecture multiple de chaque pixel sans perte d’information, ce qui autorise la mesure de dépôts d’énergie extrêmement faibles (jusqu’à un seul électron !) avec un bruit de lecture quasi nul.
En mars 2025, l’expérience a publié ses premiers résultats, fondés sur trois mois de données collectées avec un détecteur prototype. Ces résultats imposent les meilleures contraintes expérimentales à ce jour sur les interactions entre particules de matière noire et électrons, explorant pour la première fois une région de l’espace des paramètres où la matière noire légère pourrait avoir été produite après le Big Bang, selon les mécanismes de freeze-in ou freeze-out. Ces résultats valident les performances attendues du détecteur et ouvrent la voie à des campagnes de mesures prolongées avec le système complet, en cours d’installation.
Chambre de détection blindée en plomb à faible radioactivité. Cette version accueille deux modules, le système final en comprendra vingt-six.
Au sein de l’écosystème de Paris-Saclay, l’équipe DAMIC-M d’IJCLab contribue à plusieurs composantes clés du projet. Elle a participé de la conception et installation du blindage de radioprotection, indispensable pour réduire les bruits de fond susceptibles de masquer les rares signaux attendus. Elle coordonne par ailleurs le développement du système d’acquisition de données, permettant le contrôle précis des CCDs, la lecture fiable des images et leur transmission continue pour traitement. Enfin, l’équipe est activement engagée dans l’analyse des données, depuis la reconstruction des événements et l’identification des dépôts d’énergie compatibles avec une interaction de matière noire, jusqu’à l’étude des modèles théoriques de matière noire et des signaux attendus dans des scénarios de production par freeze-in ou freeze-out.
Capteur Skipper CCD prototype
Dans la continuité de ces activités, une plateforme de recherche dédiée aux Skipper CCDs est en cours de création à IJCLab. Elle réunira des expertises en instrumentation, traitement du signal, radioprotection et analyse de données pour soutenir le développement de ces capteurs dans un cadre régional, en lien avec des partenaires nationaux et internationaux. Cette initiative vise à favoriser les innovations technologiques et à explorer de nouvelles applications scientifiques de ces détecteurs à ultra-basse énergie, qui s’imposent progressivement comme les successeurs des CCDs classiques pour les instruments de détection et d’imagerie les plus exigeants.
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Probing Benchmark Models of Hidden-Sector Dark Matter with DAMIC-M - Arxiv