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Margherita Tenconi (CSNSM)

Bolomètres scintillants pour l’étude de la double désintégration bêta sans neutrinos

Jeudi 9 janvier 2014, 16h, CSNSM, Salle de réunion du Bât 108

La double désintégration bêta sans neutrino (DDB0ν) est un processus nucléaire hypothétique jouant un rôle fondamental dans la physique du neutrino : c’est la seule expérience pratique qui nous révélerait la nature de cette particule élusive. Ce processus n’est possible que si le neutrino est identique à sa propre antiparticule. De plus, la mesure du taux de désintégration définirait l’échelle absolue et la hiérarchie des masses du neutrino. Les limites actuelles des demi-vies étant environ 1025 années, la réduction du fond radioactif est un défi important. La marque expérimentale de la DDB0ν est un pic dans le spectre énergétique des électrons émis, situé à l’énergie de transition du processus, qui pour la plupart des isotopes intéressants est autour de 2-3 MeV. Cette région est notamment peuplée par les contaminations des particules alphas dégradées, bruit de fond toutefois éliminable grâce aux techniques de discrimination du signal.
Détecteurs cryogéniques captant l’élévation de température produite par l’interaction des particules, les bolomètres permettent d’atteindre de hautes résolutions énergétiques avec une excellente efficience de détection. Comme l’énergie déposée se répartit entre voies différentes selon la nature de la particule incidente, il est possible de rejeter le bruit du fond radioactif alpha par la mesure simultanée des signaux : c’est le but des bolomètres scintillants, qui détectent au même temps chaleur et lumière et qui sont pourtant une technique candidate idéale pour la recherche de la DDB0ν.
Je vais donner un aperçu de l’activité de R&D effectué au Centre de Science Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Orsay, sur des bolomètres scintillants en ZnMoO4, le 100Mo étant candidat à la DDB0ν avec une énergie de transition de 3034 keV ; on a effectué une caractérisation complète de plusieurs détecteurs, afin de définir les stratégies pour la mise en place d’une grande expérience de prochaine génération. Les résultats obtenus avec un détecteur de grande masse, environ 300 g, testé au CSNSM, ont validé la possibilité d’une optimisation préliminaire des bolomètres scintillants dans un endroit en surface, non protégé des rayons cosmiques ; le bon fonctionnement du même détecteur, ensuite expérimenté dans le laboratoire souterrain de Modane, a démontré la faisabilité de la réalisation d’une expérience DDB0ν de prochaine génération.

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Affiche du séminaire