Le 18 décembre 2009, un certain article sera probablement publié sur arXiv mais il commence déjà à faire parler de lui dans la blogosphère des physiciens. On ignore encore son contenu réel si ce n’est que certains indices laissent penser qu’il pourrait annoncer la détection directe sur Terre de particules de matière noire.

La matière noire est aujourd’hui un sujet de discussion récurrent dans l’actualité scientifique. Si des preuves indirectes de son existence, très convaincantes, ont déjà été apportées, il est clair que la question ne sera vraiment tranchée que lorsqu’on en aura des preuves directes. Celles-ci pourraient provenir de la création de particules de matière noire au LHC ou de leur détection en laboratoire.

Les physiciens cherchent ainsi la matière expliquant l’origine des galaxies et la stabilité de leurs amas à l’aide de détecteurs qui sont le plus souvent enterrés. Ce n’est pas toujours le cas, comme le montre l’exemple de l’expérience CERN Axion Solar Telescope (CAST). Comme son nom l’indique, elle traque les axions que pourrait émettre le Soleil à l’aide d’un détecteur installé au Cern.

L’expérience Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) est, elle, enterrée à plusieurs centaines de mètres de profondeur dans la mine Soudan, située au Minnesota, aux Etats-Unis. Là, un dispositif constitué de plusieurs plaques de germanium et de silicium refroidies presque au zéro absolu, 40 mK pour être précis, traque les Wimps. Rappelons qu’il s’agit de l’acronyme de Weakly Interacting Massive ParticuleS, désignant des particules insensibles aux interactions nucléaires fortes et électromagnétique mais potentiellement à toutes les autres pourvu que leurs intensités ne dépassent pas celle de l’interaction faible.

Ces Wimps, dont certaines particules supersymétriques pourraient faire partie, pourraient signaler leur présence dans les détecteurs de CDMS en produisant des phonons ou en ionisant certains atomes. En mesurant les caractéristiques de ces phénomènes, on peut remonter à la nature des particules du rayonnement cosmique suffisamment pénétrantes pour atteindre les profondeurs de la mine et les identifier.

CDMS est un détecteur efficace et il fonctionne depuis déjà quelques années. On a donc pû poser grâce à lui des bornes au flux de particules de matière noire traversant peut-être la Terre et donc contraindre certaines théories expliquant la nature de la matière noire ou même en éliminer certaines.

Or, curieusement, des communications en séminaires des résultats de la dernière campagne d’observation ont été annulées ! On a même cru un temps que la collaboration CDMS avait soumis un article au journal Nature et qu’il y avait un embargo sur ce dernier jusqu’au 18 décembre 2009. Jusqu'à cette échéance, les chercheurs de CDMS ont dans ce genre de cas interdiction de parler publiquement des résultats obtenus. Ce genre de comportement est en général celui qui annonce une publication retentissante…mais pas toujours !

La prudence s'impose et d'ailleurs, l'un des blogs à l'origine de la rumeur, celui de Resonaances appartenant au physicien Adam Falkowski, s'est fait vertement rappeler à l'ordre par Nature. L'un des responsables de ce célèbre journal a en effet démenti fermement la publication, et donc l'embargo, d'un article de CDMS. Toujours est-il que plusieurs séminaires dont l'un au Cern ce 18 décembre sont bel et bien prévus par les membres de CDMS qui jusque-là retiennent les informations.

Certains commencent donc à se poser des questions….CDMS aurait-il fini par détecter des particules de matière noire ? A moins qu’au contraire l’absence de détection ne soit potentiellement en conflit avec le rôle qu’on lui fait jouer en cosmologie et en astrophysique ?

Ce ne sont pour le moment que des spéculations et il pourrait juste s’agir d’un coup de pub pour attirer l’attention sur une expérience qui pourrait voir son financement menacé en publiant, si ce n’est l’annonce d’une découverte, du moins celle d’une observation intriguante en faveur de l’existence des Wimps.

Prudence et scepticisme sont donc la meilleure attitude pour le moment mais il est certain qu’il faudra faire un tour sur le site de arXiv le 18 décembre… On pourrait avoir un cadeau de Noël en avance.

Prudence et scepticsime... si même en physique on parle comme ça maintenant.

What the hell is going on in CDMS???

The essence of blogging is of course spreading wild rumors. This one is definitely the wildest ever. The particle community is bustling with rumors of a possible discovery of dark matter in CDMS.

CDMS is an experiment located underground in the Soudan mine in Minnesota. It consists of two dozens of germanium and silicon ice-hockey pucks cooled down to 40 mK. When a particle hits the detector it produces both phonons and ionization, and certain tell-tale features of these two signals allow the experimenters to sort out electron events (expected to be produced by mundane background processes) from nuclear recoils (expected to be produced by scattering of dark matter particles, as the apparatus is well shielded from ordinary nucleons). The last analysis, published early 2008, was based on a data set collected in the years 2006--2007. After applying blind cuts they saw zero events that look like nuclear recoils, which allowed them to set the best limits so far on the scattering cross section of a garden variety WIMP (for WIMPs lighter than 60 GeV the bounds from another experiment called XENON10 are slightly better).

By now CDMS must have acquired four times more data. The new data set was supposed to be unblinded some time last autumn, and the new improved limits should have been published by now. They were not.

And then...

* Fact #1: CDMS submitted a paper to Nature, and they were recently accepted. The paper is embargoed until December 18 (embargo is one of these relics of the last century that somehow persists until today, along with North Korea and Michael Jackson fans) - the collaboration is not allowed to speak publicly about its content. Consequently, CDMS has canceled all seminars scheduled before December 18.
* Fact #2: A film crew that was supposed to make a reportage from unblinding the CDMS data was called off shortly before the scheduled date. They were told to come back in January, when the unblinding will be restaged.

OK, we're done with facts , the rest is just crazy speculations.

* Theory #1: The common lore is that particle physics papers appearing in Nature (the magazine, not the bitch) are those claiming a discovery. It is not at all impossible that the new data set contains enough events for an evidence or even a discovery. If the zero events in the previous CDMS paper was a downward fluke, several WIMP events could readily occur in the new data. Furthermore, in some fancy theories like inelastic dark matter, a large number of WIMP scattering events is conceivable because the new data were collected in summer when the wind is favorable.
* Theory #2: Data-starved particle theorists once again are freaking out for no reason. There is no discovery; CDMS will just publish their new, improved bounds on the scattering cross section of dark matter. CDMS is acting strangely because they want to draw attention: the experimental community is turning toward noble liquid technologies and funding of solid-state detectors like the one in CDMS is endangered.

We'll see in 10 days. Disillusioned skeptics like myself bet on #2, but almost everybody else strongly believes in #1. If they are right, the Christmas holiday will be ruined.

Important update: I just received this in an email:

I was alerted to your blog of yesterday (you certainly don't make contacting you easy). Your "fact" #1, that Nature is about to publish a
CDMS paper on dark matter, is completely false. This would be instantly
obvious to the most casual observer because the purported date of publication is a Friday, and Nature is published on Thursdays. Your "fact" therefore contains as much truth as the average Fox News story, and I would be grateful if you would correct it immediately.

Your comments about the embargo are therefore, within this context, ridiculous. Peer review is a process, the culmination of which is publication. We regard confidentiality of results during the process as a matter of professional ethics, though of course authors are free to post to arxiv at any point during the process (we will not interfere with professional communication of results to peers).

Dr Leslie Sage
Senior editor, physical sciences
Nature

It is still true that the new CDMS data are scheduled to be released on December 18th, and there will be presentations in a number of labs around the world. But if there's no Nature paper then theory #2 becomes far more likely.

Ben déjà il est rare de divulgué de informations sans en avoir de preuve enfin quand il s'agit de découvertes scientifique importantes.

Un signal important

"Notre résultat ne peut être interprété comme une preuve claire de la présence de WIMP, mais on ne peut pas rejeter la possibilité que ces deux événements soient bien un signal", a conclu Jodi Cooley, responsable de l'analyse des résultats de CDMS, lors de son exposé de présentation jeudi 17 décembre.

L'optimisme est de mise car des confirmations pourraient venir très prochainement. L'équipe américano-italienne de Xenon, ou celle française d'Edelweiss, déjà très proches de la précision de CDMS, sont en train d'augmenter la masse de leurs détecteurs, afin d'augmenter les chances de collisions avec des WIMPs.

CDMS lui-même espère avoir le budget pour se transformer en SuperCDMS à l'été 2010, avec des détecteurs trois fois plus gros qu'actuellement. L'accélérateur de particules, le LHC, qui vient de redémarrer au Cern, serait susceptible aussi de créer ces mauviettes à partir de la collision frontale de protons filant à la vitesse de la lumière. L'année prochaine, l'étau devrait donc se resserrer sur les WIMPs.

David Larousserie
Sciences-et-Avenir.com
18/12/09