Des neutrinos omniprésents qui peuvent imiter les signaux de matière noire, limitant la sensibilité des détecteurs.Le fond de neutrinos est une mer omniprésente de neutrinos résiduelle de l'univers primordial, remplissant tout l'espace. Ces neutrinos reliques ont été créés environ une seconde après le Big Bang et se sont propagés librement depuis, interagissant à peine avec la matière. Comme ils sont si nombreux — environ 300 par centimètre cube — ils forment un fond constant qui peut interférer avec les expériences sensibles conçues pour détecter la matière noire. Les détecteurs de matière noire, qui recherchent de rares collisions entre les particules de matière noire et les noyaux atomiques, peuvent être trompés par des interactions de neutrinos qui imitent le même signal. Cela fixe une limite fondamentale à la sensibilité de ces détecteurs, connue sous le nom de « plancher de neutrinos ».
L'existence d'un fond cosmique de neutrinos a été prédite dans les années 1940 par George Gamow et ses collaborateurs, puis affinée par d'autres. Il a été observé directement pour la première fois en 2015 par l'expérience COHERENT, qui a détecté des neutrinos diffusant sur des noyaux, confirmant le mécanisme qui limite les détecteurs de matière noire.
Les neutrinos interagissent via la force nucléaire faible, qui est extrêmement ténue, mais avec des milliards d'entre eux traversant chaque détecteur chaque seconde, quelques-uns vont occasionnellement diffuser sur des noyaux. Ces événements de diffusion produisent de minuscules reculs qui sont presque identiques à ce qu'une particule de matière noire produirait. À mesure que les détecteurs deviennent plus sensibles, ils commencent à voir ces événements induits par les neutrinos, qui sont indiscernables des signaux de matière noire sur une base événement par événement. La seule façon de les distinguer est par la direction ou le timing, mais pour de nombreuses conceptions de détecteurs, cela n'est pas possible, créant une limite dure sur la sensibilité.
Comprendre le fond de neutrinos est crucial pour concevoir les détecteurs de matière noire de nouvelle génération, tels que ceux utilisant du xénon ou de l'argon, afin de s'assurer qu'ils peuvent dépasser le plancher de neutrinos ou utiliser la détection directionnelle pour séparer les deux signaux.
Le fond cosmique de neutrinos a une température d'environ 1,9 kelvin, plus froide que le fond diffus cosmologique, et ses neutrinos sont si anciens qu'ils voyagent depuis 13,8 milliards d'années sans interagir avec quoi que ce soit.
