Measurement of the two-neutrino double beta decay of Mo100 to the excited 0+(1) state in the NEMO3 experiment

• Auteur / Autrice : Ladislav Vǎla
• Direction : Dominique Lalanne, Ivan Štekl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Czech Technical University, Prague (Tchécoslovaquie)

Mots clés

Mots clés libres

Double désintégration bêta

Molybdène

Simulations Monte-Carlo

Bruit de fond

Résumé

Le détecteur NEMO3 a été conçu pour l'étude de la double désintégration bêta et particulièrement pour la recherche de la double désintégration bêta sans émission de neutrino. La sensibilité attendue pour la double désintégration bêta sans émission de neutrino est, en terme de la demi-vie de l'ordre de 10^25 ans, en terme de " masse effective " du neutrino, cela correspond à une sensibilité (0,3 - 0,1) eV. Ce mode de désintégration représente aujourd'hui le test de la nature "Majorana " du neutrino le plus prometteur. Le détecteur a été construit au Laboratoire Souterrain de Modane en France par la collaboration internationale (France, Russie, République Tchèque, Etats-Unis, Royaume-Uni, Finlande et Japon). La prise de données a commencé en mai 2002 et continue actuellement. La masse de Mo100 dans le détecteur (7 kg) permet une mise en évidence de la double désintégration bêta avec émission de deux neutrinos du Mo100 vers l'état excité 0+(1). Les simulations Monte-Carlo de l'effet et de tous les types de bruit de fond ont été effectuées pour définir un ensemble des critères de sélection appropriés. D'autre part des runs avec des sources de Tl208 et du Bi214 ainsi que des simulations Monte-Carlo de ces données ont montré que le seul bruit de fond significatif dans le canal " deux électrons et plusieurs gammas " vient du radon qui a pénétré à l'intérieur de la chambre à fils de NEMO3. Les données expérimentales acquises de mai 2002 à mai 2003 ont été analysées pour déterminer le signal dû à la double désintégration bêta avec émission de deux neutrinos du Mo100 vers l'état excité 0+(1) et le niveau de bruit de fond correspondant. Le résultat est donné sous la forme d'un intervalle de valeurs de la demi-vie au niveau de 95% de confiance. Cela correspond à une mise en évidence du processus au niveau de confiance de 4 écarts standards.

The NEMO3 detector was designed for the study of double beta decay and in particular for the search for neutrinoless double beta decay process. The intended sensitivity in the term of a half-life limit for the neutrinoless double beta decay is of the order of 10^25 years, which corresponds to the effective neutrino mass on the level of (O. 3 -0. 1) eV. The neutrinoless process is today the most promising test of the "Majorana" nature of the neutrino. The detector was constructed in the Modane Underground Laboratory (LSM) in France by an international collaboration including France, Russia, the Czech Republic, the USA, the UK, Finland, and Japan. The experiment has been taking data since May 2002. The quantity of Mo100 in the detector (7 kg) allows an efficient measurement of the two-neutrino double beta decay of Mo100 to the excited 0+(1) state. Monte-Carlo simulations of the effect and of all the relative sources of background have been done in order to define a set of appropriate selection criteria. Both Monte-Carlo simulations and special runs with sources of Tl208 and Bi214 showed that the only significant background in the analysis channel "two electrons and N photons" comes from radon that penetrated inside the wire chamber of NEMO3. The experimental data acquired from May 2002 to May 2003 have been analysed in order to determine the signal from the two-neutrino double beta decay of Mo100 to the excited 0+(1) state and the corresponding background level. The physical result, which was obtained at the level of four standard deviations, is given in the form of an interval of half-life values at 95% confidence level.