Matrices de bolomètres supraconducteurs pour la mesure de la polarisation du fond diffus cosmologique : application à l’expérience QUBIC

TES-arrays for the detection of CMB B-mode polarisation : application to the QUBIC experiment

• Auteur / Autrice : Camille Perbost
• Direction : Michel Piat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'Univers
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Astroparticule et Cosmologie (APC)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Ferrari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Piat, Cécile Ferrari, Bruno Maffei, Elia Stefano Battistelli, Vincent Revéret, Damien Prêle, Hervé Geoffray
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Maffei, Elia Stefano Battistelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtechnologie

Supraconductivité

Micro-fabrication

Systèmes microélectromécaniques

Supraconductivité

Univers inflatoire

Bolomètres

Cosmologie

Fond diffus cosmologique

Mots clés libres

Modes B

QUBIC

CMB (Cosmic microwave background)

B-modes

TES (Transition Edge Sensor)

Résumé

Le fond diffus cosmologique (CMB) est la première lumière libérée par l’Univers.À ce titre, elle constitue la photographie la plus ancienne à laquelle nous ayons accès.Ces photons recèlent des trésors d’informations capables de nous renseigner tant sur le contenu énergétique de l’Univers que sur son histoire. En retraçant son évolution jusqu’aujourd’hui, on est capable d’établir des scénarios quant à la période qui a précédé l’émission du CMB, inaccessible aux observations. Plus particulièrement,la plupart des modèles s’accordent à dire que l’Univers aurait connu juste après le Big Bang une période d’expansion exponentielle qualifiée d’inflation. L’un des défis majeurs de la cosmologie consiste à confirmer et contraindre ces modèles en cherchant sur le CMB les empreintes théoriques laissées par l’inflation : un motif de polarisation qualifié de mode B. Cependant, ce signal est attendu à un niveau très faible, sa détection requiert donc la mise en place d’instruments extrêmement sensibles. Cette thèse s’inscrit dans l’effort technologique mené au sein du projet QUBIC pour cette quête. Dans cette optique on s’est intéressé aux détecteurs, des matrices de plusieurs centaines de bolomètres supraconducteurs. Dans un premier temps, on a défini une méthode permettant de dimensionner les détecteurs et la matrice pour répondre au mieux à nos attentes à travers l’ajustement de paramètres pertinents. Puis on a mené pour la première fois dans la collaboration toute la réalisation d’une matrice de 256détecteurs sur laquelle on a par la suite effectué et exposé des tests préliminaires prometteurs pour la future implémentation du plan focal de QUBIC.

The cosmic microwave background (CMB) is the very first light of the Uni- verse and thus constitutes the oldest picture of its initial state. These photons carry valuable information constraining both the energy content and the history of the Universe. CMB observations allow us to reconstruct what occurred before the CMB anisotropies were imprinted. The most promising theoretical models all postulate an epoch of exponential expansion known as inflation just after the Big Bang. One of the major challenges of observational cosmology is hence to confirm or falsify inflation as well as to discover how inflation was realized in a particular model by searching for its imprint on the CMB polarization B-mode. This signal is however expected to be extremely weak and its detection requires a very sensitive experiment. This thesis reports on contributions to the technology development for the innovative QUBIC instrument, focusing on the perfection of an array of several hundreds of supercon- ducting bolometric detectors. A method was defined to design the detector array through tuning the relevant parameters to best meet our requirements. Then a 256- detector prototype array was fully manufactured and characterized. The preliminary characterization gave promising results for the forthcoming implementation of the QUBIC focal plane.