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Des boucliers en plomb et en polyéthylène contre la radioactivité naturelle de la roche !

Dossier - La traque aux wimps est lancée !
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Wimp : c'est une particule qui est tant recherchée et qui n'a pas encore donné la preuve de son existence. C'est une véritable traque à laquelle se sont voués des chercheurs en développant des outils de capture rivalisant d'imagination !

  
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Pour protéger le détecteur de ces photons et neutrons on l'entoure de boucliers. La protection la plus proche du détecteur est un bouclier ou blindage en plomb qui permet d'arrêter les photons. Les neutrons, eux, vont être absorbés par du polyéthylène enveloppant l'ensemble détecteur et bouclier en plomb. Le polyéthylène est un matériau qui ressemble à la cire pour fabriquer des bougies.

Une fois le détecteur protégé des attaques extérieures, il faut quand même rester vigilant car il y a aussi des ennemis à l'intérieur !

Blindages en polyéthylène (en blanc ~ 30 tonnes) et en plomb (en gris au centre ~ 35 tonnes) de l'expérience EDELWEISS installée dans le laboratoire souterrain de Modane

En effet comme déjà mentionné précédemment la radioactivité naturelle est présente dans tous les matériaux et en particulier dans tout ce qui va servir à construire le détecteur lui-même, et tout ce qui se trouve dans son environnement très proche. Il faut donc opérer une sélection très minutieuse de tous les éléments entrants dans la fabrication du détecteur. Par exemple toutes les vis, les câbles, les colles, ... vont être testés du point de vue radioactif. Et si ces éléments présentent un taux de radioactivité trop important on va choisir un autre lot ; cette sélection peut même aller jusqu'à changer de fabricants.

Une autre source de bruit de fond dont l'origine est à l'intérieur des boucliers est la production de neutrons par les muons cosmiques résiduels lorsqu'ils vont traverser le bouclier en plomb. En effet un muon cosmique qui arrive à interagir avec un noyau de plomb va casser celui-ci, et un grand nombre de neutrons va être libéré. Or le bouclier anti neutron est à l'extérieur et n'est donc d'aucune utilité dans ce cas précis. Dans la plupart des expériences dédiées à la détection des WIMPs on va ajouter une dernière couche externe d'un matériau scintillant capable de signaler le passage d'un muon, c'est ce qu'on appelle un veto muons.

Schéma général d'une expérience de détection directe de WIMPs

Ainsi le veto va pouvoir signaler le passage d'un muon ; ce signalement va permettre de dire que les particules vues par le détecteur à ce moment là sont certainement des neutrons ou des photons créés par le passage d'un muon, et non pas un WIMP.

Il existe dans le monde une vingtaine d'expériences dédiées à la détection des WIMPs construites sur le même schéma. Seul le détecteur va être différent suivant le matériau qu'on va utiliser.

Actuellement les détecteurs les plus performants utilisent des cristaux fonctionnant à très basse température, ce sont les détecteurs cryogéniques également appelés bolomètres.