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AbstractAbstract
[en] The existence of dark matter is known because of its gravitational effects, and although its nature remains undisclosed, one of the leading candidate is the weakly interacting massive particle (WIMP) with mass of the order of 100 GeV/c2 and coupling with ordinary matter at or below the weak scale. In this context, DarkSide-50 aims to direct observe WIMP-nucleon collisions in a liquid argon dual phase time-projection chamber located deep underground at Gran Sasso National Laboratory, in Italy. This work first details the argon calibration realised by the ARIS experiment. ARIS characterised the argon response to low energy nuclear and electronic recoils, down to unprecedented energies. The nuclear quenching was measured with the best precision to this date, and the recombination probability extracted was compared to different models describing the behaviour of argon in presence of an electric field. A search for low mass WIMPs performed with DarkSide-50 data is also presented. This search focuses on the ionisation signal from the TPC, leading much to much lower detection threshold. The achieved exclusion limits are amongst the leading ones, and the most stringent for a liquid argon target. Finally a preliminary search for axions is presented. Axions are an alternative candidate to dark matter, proposed as a solution to the strong CP problem. They are detectable in DarkSide via their coupling to electrons. This search required the improvement of the modelling of the background sources, by taking into account atomic effects in beta emission spectra, as well as a redefinition of the energy scale converting the energy deposited into a number of extracted electrons. The results presented show an encouraging sensitivity to both solar and galactic axions. (author)
[fr]
L'existence de la matiere noire est connue en raison de ses effets gravitationnels et, bien que sa nature reste inconnue, un des candidats principaux est une particule massive interagissant faiblement (WIMP) ayant une masse de l'ordre de 100 GeV/c2 et un couplage avec la matiere ordinaire a ou en dessous de l'echelle faible. Dans ce contexte, DarkSide-50 cherche a observer des collisions WIMP-nucleon dans une chambre de projection temporelle a double phase d'argon liquide situee dans le sous-sol du Laboratoire National du Gran Sasso (LNGS), en Italie. Le travail presente ici porte d'abord sur une etude de la reponse de l'argon aux reculs nucleaires et electroniques a basse energie, realisee par l'experience ARIS. Le quenching nucleaire a ete mesure avec la meilleure precision a cette date et la probabilite de recombinaison a ete comparee aux differents modeles decrivant le comportement de l'argon en presence d'un champ electrique. Une recherche de WIMP de faible masse effectuee avec les donnees DarkSide-50 est egalement presentee. Cette recherche porte sur le signal d'ionisation du TPC, conduisant a un seuil de detection beaucoup plus bas qu'en utilisant la scintillation. Les limites d'exclusion atteintes figurent parmi les meilleures pour des masses de WIMPs entre 2 et 6 GeV/c2 et sont les plus strictes pour une cible d'argon liquide. Enfin, une recherche preliminaire d'axions est discutee. Les axions sont un candidat alternatif a la matiere noire, proposes comme solution au 'probleme CP fort'. Ils sont detectables dans DarkSide via leur couplage aux electrons. Cette recherche necessitait l'amelioration de la modelisation des sources de fond en prenant en compte les effets atomiques dans les spectres d'emission beta, ainsi qu'une redefinition de l'echelle d'energie convertissant l'energie deposee dans l'argon en un certain nombre d'electrons extraits. Les resultats presentes montrent une sensibilite encourageante aux axions solaires et galactiques. (auteur)Original Title
Recherche directe de matiere noire avec le detecteur a argon liquide DarkSide
Primary Subject
Secondary Subject
Source
1 Oct 2019; 211 p; 198 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat de Physique de l'Univers
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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INIS VolumeINIS Volume
INIS IssueINIS Issue