Thèse soutenue

Recherche de la nature du neutrino avec le détecteur SuperNEMO : simulations optiques pour l'optimisation du calorimètre et performances attendues pour le 82Se
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Auteur / Autrice : Arnaud Huber
Direction : Fabrice Piquemal
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astrophysique, plasmas, nucléaire
Date : Soutenance le 29/09/2017
Etablissement(s) : Bordeaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Centre d'études nucléaires Bordeaux Gradignan
Laboratoire : Centre d'études nucléaires Bordeaux Gradignan
Jury : Président / Présidente : Franck Gobet
Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Piquemal, Franck Gobet, Thierry Lasserre, Jacques Martino, Christine Marquet, Karol Lang
Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Lasserre, Jacques Martino

Résumé

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Le démonstrateur de SuperNEMO est un détecteur de nouvelle génération pour la recherche de la décroissance double bêta sans émission de neutrinos. Comme son prédécesseur NEMO3, la technique expérimentale utilisée associe un trajectographe et un calorimètre afin de pouvoir identifier les électrons des décroissances double bêta tout en permettant la différenciation des différentes composantes du bruit de fond. Le démonstrateur est en cours d’installation au Laboratoire Souterrain de Modane et commencera à prendre des données à la fin de l’année 2017 afin d’atteindre une sensibilité supérieure à 1026 ans sur la demi-vie de la décroissance ββ0ν du 82Se dans la version finale du détecteur (100 kg d’isotopes pour une exposition totale de 5 ans).Ce travail de thèse a consisté à étudier la réponse en énergie et en temps des modules optiques du calorimètre (association d'un scintillateur plastique et d'un photomultiplicateur). Une simulation optique basée sur le logiciel GEANT4 a été développée afin de reproduire l'ensemble des phénomènes optiques ayant lieu au sein du scintillateur et du photomultiplicateur : scintillation, atténuation de Birks, émission Cerenkov, propagation et collection des photons. Ces travaux ont abouti à la mise au point de termes correctifs de hautes précisions sur l’énergie afin que le Monte Carlo de SuperNEMO soit au plus proche des données. Ces corrections ont alors été appliquées dans le cas du démonstrateur afin d’étudier l'impact sur la sensibilité au processus ββ0ν du 82Se. Ces simulations optiques ont également été étendues jusqu’à la modélisation de la forme temporelle des signaux du calorimètre.