Météo sombre au-dessus du Gran Sasso : le rythme diurne de la matière noire sub-GeV ✛
À neuf heures du matin, le détecteur DarkSide-50, à 1400 mètres sous le mont Gran Sasso, enregistre une faible impulsion d'ionisation. Vers onze heures du soir, la fréquence de tels événements diminue nettement. Ce n'est ni un dysfonctionnement électronique ni une variation saisonnière du bruit de fond.
Ainsi se manifeste la 'météo sombre' — une modulation diurne produite par la diffusion des particules de matière noire dans les entrailles de la planète. Le vent galactique, constitué de particules dont les masses sont des dizaines de fois plus petites que celle du proton, traverse le système solaire. Dans le modèle standard, rien de tel n'existe. En traversant la Terre, les particules entrent en collision avec les noyaux. Elles perdent de l'énergie. Elles changent de trajectoire. Pour un détecteur souterrain, les particules du matin arrivent presque directement, après avoir traversé seulement quelques centaines de kilomètres de roche. Le soir, le trajet s'allonge jusqu'au diamètre complet de la planète — 12 700 km. Le flux s'affaiblit. Un tel filtre encode l'information sur la probabilité de diffusion nucléaire (section efficace $σ_{SI}$_χn), et l'enregistrement lui-même dans la cible d'argon repose sur l'ionisation — l'interaction avec les électrons (section efficace $σ_e$).
La simulation numérique (le package DaMaSCUS pour les calculs par méthode de Monte-Carlo) a reproduit les distributions de vitesse déformées pour différents isoangles — angles entre le détecteur et le vent galactique. La forme de la distribution diurne est sensible à la section efficace nucléaire. L'analyse des données de DarkSide-50 sans marqueurs temporels a donné une limite supérieure $σ_{SI}$_χn < 10⁻³³ cm² pour des masses de 20–100 MeV. Cela est comparable aux meilleures contraintes mondiales. Les futurs détecteurs XENONnT et LZ, avec une exposition pluriannuelle, amélioreront la sensibilité d'un ordre de grandeur. Un réseau d'installations dans différents hémisphères — comme des stations météorologiques — suivra la phase et l'amplitude, confirmant la réalité du signal.
La météo sombre n'est pas qu'une métaphore. C'est une façon de lire les propriétés de la matière invisible. La Terre elle-même mène l'expérience chaque jour. En changeant de perspective, elle module le flux. Et un jour, le signal matinal racontera non seulement la 'météo' sous terre, mais aussi les lois fondamentales de l'Univers.
En une journée, le détecteur du Gran Sasso (Italie) « voit » la matière noire traverser une épaisseur allant jusqu’à 1300 km, alors que la nuit, lorsque le détecteur est tourné à l’opposé du vent galactique, le chemin s’allonge presque jusqu’au diamètre de la Terre – 12 700 km. La différence d’atténuation du flux peut atteindre des dizaines de pourcents.
L’idée d’écran planétaire fait écho au concept de « forêt sombre » de la trilogie de Liu Cixin : les civilisations se cachent par peur d’être découvertes. Sauf qu’ici, la Terre ne cache pas, mais aide au contraire à discerner la matière cachée.