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Pierre de Marcillac

Bolomètres scintillants pour la recherche d’événements rares

Jeudi 18 Février 2010, à 14h00

Les détecteurs refroidis à très basse température (T<100mK) s’imposent progressivement en spectroscopie énergétique des particules, à mesure que les techniques cryogéniques se banalisent et dès lors que l’on peut accepter leur constante de temps relativement lente (∼10 ms). Des résolutions meilleures que le 1/1000ème sont maintenant couramment observées en spectroscopie X, alpha, gamma,… dans des cibles très variées. Par ailleurs, il suffit pratiquement de baisser la température pour compenser une augmentation de taille des cibles, tout en conservant le bénéfice de la haute résolution : de nombreuses équipes engagées dans la recherche d’événements rares ont ainsi développé des « bolomètres » massifs refroidis pour la détection de la matière noire, la recherche de la désintégration double bêta sans neutrino,… Dans ces expériences, pour réduire le bruit de fond résiduel de particules après avoir épuisé toutes les solutions classiques −laboratoire souterrain, blindages− on cherche à les identifier par leur pouvoir ionisant en mesurant une composante annexe à la composante calorimétrique proprement dite. L’équipe de l’IAS a ainsi proposé une nouvelle classe de détecteurs, des bolomètres « scintillants », qui mesurent simultanément, à froid, la chaleur et l’émission lumineuse des cibles sous irradiation. La détection relativement aisée en 2002 à l’IAS de la désintégration alpha du bismuth-209, jusqu’alors « le plus lourd des isotopes stables », avec une durée de vie de 1.9 1019ans, dans un bolomètre massif de 46g en BGO refroidi à 20mK permet d’illustrer la puissance de cette technique, encore au stade embryonnaire. Un état des lieux des différentes expériences à base de bolomètres scintillants, en cours ou à venir, sera fait, avec une discussion sur les inconvénients –quelques uns- et les avantages –nombreux !- de cette technique.