Search for dark matter using XENONnT electron recoil data

Recherche de matière noire en utilisant les données de recul électronique de XENONnT Depuis plus d'un siècle, les astronomes ont procédé à un inventaire minutieux de la matière dans l'Univers. La comparaison de la masse visible avec la matière déduite des calculs dynamiques (faites à l'aide des courbes de vitesse de rotation des étoiles dans les galaxies, les mouvements des paires de galaxies et le comportement des galaxies dans les amas et superamas) révèle que la nature d'au moins les trois quarts de la matière de l'Univers nous est totalement inconnue. Cette composante énigmatique de la matière dans l'Univers a pris le nom de matière noire. Bien qu'à ce jour, aucune particule non baryonique exotique et stable n'ait été détectée, selon le modèle standard, les abondances d'éléments déterminées à partir de l'ère de la nucléosynthèse suggèrent que la matière noire ne peut pas être entièrement baryonique. Ainsi, la matière noire pourrait être constituée d'une ou plusieurs nouvelles particules, censées être électriquement neutres, non colorées, à faible interaction et stables. Étant donné que le modèle standard de la physique de particules ne parvient pas à fournir un candidat de matière noire, il est nécessaire d'envisager des scénarios au-delà du modèle standard, qui peuvent également avoir une large phénoménologie liée à d'autres problèmes en physique des particules. Les nouveaux scénarios de physique reposent généralement sur de nouvelles symétries brisées aux hautes énergies ou aux dimensions supplémentaires. À ce titre, ils peuvent impacter les propriétés de l'Univers primordial, soit par la présence de nouvelles particules dans le bain thermal primordial, soit via des transitions de phase. La recherche de particules de matière noire avec des masses inférieures au GeV représente une nouvelle frontière expérimentale importante et qui fait l'objet d'une attention accrue ces dernières années. Contrairement aux modèles de recherches traditionnelles par détection directe, qui recherchent des particules de matière noire se diffusant élastiquement avec des noyaux, la recherche de matière noire inférieure au GeV se base sur la mesure d'un ou de quelques électrons ionisés à la suite d'interaction de particules de matière noire avec les électrons dans le détecteur. XENON est un projet de recherche directe de matière noire situé dans le laboratoire souterrain italien, LNGS. La génération précédente du détecteur XENON, XENON1T, a atteint une exposition de 1 ton*an, fixant les limites les plus strictes sur la section efficace de diffusion indépendante du spin des particules WIMP sur les nucléons pour presque toute la gamme de masse de WIMP supérieures à 120 MeV. Le détecteur multitonne XENONnT est la prochaine étape dans l'évolution du projet XENON. Le détecteur consiste en une chambre à projection temporelle (TPC) à deux phases avec région active du TPC contient 5,9 tonnes de Xénon liquide (LXe).Cette thèse vise à rechercher la détection directe de la matière noire sub- GeV via la diffusion des électrons de l’atome de Xénon au sein du détecteur XENONnT. Les modèles considérés correspondent à la diffusion matière noireélectron, dans laquelle un fermion ou un boson scalaire candidat à la matière noire diffuse sur un électron lié dans un atome de Xénon, ou un pseudo-scalaire, comme les particules de type axion, ou photons noirs, par absorption par des atomes de Xénon. Une telle étude phénoménologique contribue à résoudre le problème de basse énergie des détecteurs tels que XENON, LUX, PANDA-X ou DarkSide. En permettant l’accès à un nouvel espace paramétrique encore inaccessible pour ce genre de détecteur, qui sont contraints de sonder la matière noire dans des régions de masses élevées où la composante de matière noire semble être sous-dominante.