Détection directe et indirecte de matière sombre supersymétrique

• Auteur / Autrice : Frédéric Mayet
• Direction : Daniel Santos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Physique des particules
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences nucléaires (Grenoble, Isère, France ; 1967-2003)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Sajot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luigi Mosca
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Giraud-Héraud, Charling Tao

Mots clés

Mots clés contrôlés

Čerenkov, Rayonnement de

Hélium à basses températures

Bolomètres

Monte-Carlo, Méthode de

Télédétection

Neutralinos

Physique des hautes énergies

Supersymétrie

Matière noire (astronomie)

Mots clés libres

Matière sombre

Supersymmétrie

Neutralino

Spectromètre AMS

Antiproton cosmiques

Effet Cherenkov

Hélium superfluide

Bolomètre

Dark matter

Supersymmetry

Neutralino

AMS Spectrometer

Cosmic antiprotons

Cherenkov effect

Superfluid helium

Bolometer

Résumé

De nombreux arguments astrophysiques sont en faveur de l'existence de matière sombre non-baryonique dans l'Univers. Le neutralino, postulé par les extensions supersymétriques du modèle standard de la physique des particules, constitue l'un des candidats privilégiés à cette masse manquante. La détection de neutralinos peut être directe, par interaction dans le détecteur, ou indirecte, via la recherche des produits d'annihilation. Dans le cadre de la détection indirecte, le travail a été effectué au sein de la collaboration AMS dont la première phase a eu lieu en juin 1998 à bord de la navette Discovery. Le spectromètre AMS est équipé d'un détecteur Cherenkov à seuil (ATC) dont les performances ont été étudiées dans le but d'optimiser la sélection d'antiprotons. Le spectre de ces derniers peut en effet signer la présence de neutralinos. Une analyse des données antiprotons d'AMS est également présentée. Finalement, une étude phénoménologique permet d'évaluer le potentiel de découverte par cette méthode. D'autre part, cette thèse porte sur le développement d'un projet de nouveau détecteur (MACHe3) pour la détection directe de neutralinos. Il s'agit d'un bolomètre à He3 superfluide, fonctionnant à ultra-basses températures. L'analyse des données expérimentales de la cellule prototype est présentée. Afin d'optimiser la configuration du détecteur pour la détection directe, une simulation Monte Carlo a été développée, permettant d'évaluer ses performances futures. La confrontation de la simulation et des prédictions des modèles supersymétriques démontre le potentiel de découverte de MACHe3 et souligne sa complémentarité avec les détecteurs existants

A substantial body of astrophysical evidence supports the existence of non-baryonic dark matter in the Universe. One of the leading dark matter candidates is the neutralino predicted by the supersymmetric extensions of the Standard Model of particle physics. Different detectors have been designed for the detection, either indirect or direct, of the neutralino. Related to indirect detection, the present work has been performed in the context of the AMS experiment. A precursor version of the spectrometer was flown on the space shuttle Discovery in June 1998. The detector included an Aerogel Threshold Cherenkov (ATC) counter to identify antiprotons, whose spectrum may be used to infer a neutralino signal. The analysis of the ATC data is presented including an evaluation of the flight performance and a description of the optimization of the antiproton selection. An antiproton analysis is also reported. A phenomenological study allows to investigate the discovery potential of this indirect method. This thesis also includes the development of a new detector (MACHe3) designed for direct neutralino search using a superfluid He3 bolometer operated at ultra low temperatures. The data analysis of the prototype cell is presented. A Monte Carlo simulation has been developed, in order to optimize the detector design for direct neutralino search. These results are compared with theoretical predictions of supersymmetric models, thus highlighting the discovery potential of this detector and its complementarity with existing devices