Etude des composantes neutron et gamma du bruit de fond de la décroissance ββ(0ν) dans le détecteur prototype NEMO2 : implicatons pour le détecteur NEMO3

par Christine Marquet

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Francis Leccia.

Soutenue en 1999

à Bordeaux 1 , en partenariat avec Centre d'études nucléaires Bordeaux Gradignan (laboratoire) .

Le président du jury était Robert Gayet.

Le jury était composé de Francis Leccia, Robert Gayet, Serge Jullian, Marc Winter, Fabrice Piquemal, Marie-Claude Cousinou, Sylvie Leray.

Les rapporteurs étaient Serge Jullian, Marc Winter, Fabrice Piquemal.

mots clés

• Désintégration double bêta
• Neutrinos -- Masse
• Rayonnement de fond
• NEMO (physique nucléaire)

Résumé

La décroissance double bêta sans émission de neutrinos ββ(0ν) constitue un test de la physique au-delà du Modèle Standard en impliquant l'existence d'un neutrino massif de Majorana (ν = ν⁻). Pour tenter d'observer ce processus avec une sensibilite de 0,1 eV sur la masse effective du neutrino (<mν>), la collaboration NEMO construit un détecteur, NEMO3, capable de mesurer des périodes supérieures a 10²⁴ ans soit quelques événements ββ(0ν) détectés par an. Il est donc indispensable de connaître et de maîtriser toutes les sources de bruits de fond. Ce travail a été consacré, dans un premier temps, à l'étude du bruit de fond d'origine externe à la source double bêta à l'aide des électrons traversant le détecteur enregistrés avec le prototype NEMO2, puis ensuite à la simulation de ce bruit de fond dans le détecteur NEMO3. La comparaison des données de NEMO2 avec les résultats de simulations des rayonnements gamma et des neutrons, pour différentes configurations de blindages, avec et sans source neutron, a permis de quantifier les contributions au bruit de fond du radon, du thoron, des contaminations en ²⁰⁸Tl dans les matériaux, des flux de photons venant du laboratoire et des neutrons. Cette étude, qui a nécessité l'amélioration du code de simulation des neutrons MICAP avec la mise en place et la validation d'un générateur de photons, a prouvé que la capture radiative des neutrons rapides thermalisés dans le détecteur était à l'origine d'événements dans la fenêtre en énergie du signal ββ(0ν). Pour atteindre la sensibilité requise sur la masse <mν>, il a ainsi été montré qu'un blindage aux neutrons et un champ magnétique étaient indispensables autour du détecteur NEMO3.

Titre traduit

Study of the neutron and gamma background of the ββ(0ν) decay in the NEMO2 prototype detector : implications for the NEMO3 detector

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