Production et détection de neutrons ultra-froids pour le spectromètre GRANIT

Production and detection of ultra-cold neutrons for the GRANIT spectrometer

• Auteur / Autrice : Damien Roulier
• Direction : Valery Nesvizhevsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique Subatomique et Astroparticules
• Date : Soutenance le 10/11/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Max von Laue-Paul Langevin (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Éric Liatard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Duband, Michael Klasen, Benoît Clément
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Ban, Imad Laktineh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons ultrafroids

Physique nucléaire

Mots clés libres

Neutrons ultrafroids

Quantique

Gravitationnel

Granit

Détection

Simulation

Ultracold neutrons

Quantum

Gravitational

Granit

Detection

Simulation

Résumé

Les neutrons peuvent rebondir sur un miroir horizontal parfait, et se comporter comme des objets quantiques à quelques dizaines de microns de la surface. Le spectromètre GRANIT, situé à l'Institut Laue-Langevin (Grenoble, France), a pour but d'étudier les états quantiques du neutron dans le champ de pesanteur terrestre. L'énergie d'un neutron, que l'on pourrait calculer de façon analogue à celle d'une balle de tennis de table à l'échelle macrosopique, est dans ce cas visiblement contrainte à prendre des valeurs discrètes. L'étude de ces états quantiques peut permettre la découverte d'une déviation par rapport aux prédictions des modèles actuels. La production de neutrons ultra-froids, pouvant rebondir sur un miroir avec n'importe quel angle d'incidence, est primordiale pour le spectromètre. Le cryostat de la source de neutrons ultra-froids SUN1 a été amélioré, et les différentes étapes de production des neutrons ultra-froids dans la source et leur extraction vers le spectromètre ont été caractérisées par des mesures et modélisées avec des simulations. De plus, un nouveau type de détecteur de neutrons ultra-froids sensible à la position est en conception spécialement pour le spectromètre.

Neutrons can bounce upon a perfect horizontal mirror and become quantum objects at dozens of micrometers over its surface. The GRANIT spectrometer, located at the Laue-Langevin Institute (Grenoble, France) aims at studying the neutron quantum states in the Earth's gravitational field. The energy of a neutron, that could be calculated the same as the one of a ball at a macroscopic scale, is then forced to take discrete values. The study of such quantum states can lead to the observation of deviations from the predictions of nowadays models. The production of ultracold nuetrons, able tobounce on a mirror at any incidence angle, is essential for the spectrometer. The cryostat of the ultracold neutrons source has been improved, and the steps of the ultracold neutrons production in the source, as well as the extraction toward the spectrometer have been characterized by measurements and modeled with simulations. Moreover, a new type of position-sensitive detector of ultracold neutrons for the spectrometer is designed.