Expérience SuperNEMO pour la recherche de la double désintégration bêta sans émission de neutrino : conception et réalisation du système de déclenchement du module démonstrateur

SuperNEMO experiment for the search of neutrinoless double beta decay : design and implementation of the trigger system for the demonstrator module

• Auteur / Autrice : Guillaume Oliviero
• Direction : François Mauger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/10/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique corpusculaire de Caen (1947-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Alessandra Tonazzo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Mauger, Jules Gascon, Marco Zito, Yves Lemière, David Waters, Anatael Cabrera
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jules Gascon, Marco Zito

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bruit

Radioactivité

Monte-Carlo, Méthode de

Acquisition automatique des données

Électronique

Neutrinos

Désintégration double bêta

NEMO (physique nucléaire)

Mots clés libres

Module démonstrateur

Système de déclenchement

Système d’acquisition des données

Simulations Monte-Carlo

Laboratoire souterrain

Basse radioactivité

Bruits de fond

SuperNEMO

Demonstrator module

Double beta decay

Majorana neutrino

Electronics

Trigger system

Data acquisition system

Monte-Carlo simulations

Underground laboratory

Low radioactivity

Résumé

L’expérience SuperNEMO est conçue pour la recherche de la double désintégration bêta (ββ) sans émission de neutrinos impliquant un neutrino de Majorana (ν ≡ ν̄) massif. Le module démonstrateur de l’expérience est actuellement en cours d’installation au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM). La technique de détection utilisée, dite tracko-calo, permet la mesure en énergie des particules traversant le détecteur ainsi qu’une reconstruction complète de leur cinématique.Cette thèse présente la conception, la simulation et l’implémentation d’un système de déclenchement de l’électronique pour le module démonstrateur de SuperNEMO. Le but de ce système est de maximiser l’efficacité de détection pour des évènements ββ ainsi que pour des évènements dits de bruits de fond issus de la radioactivité naturelle tout en réduisant le taux d’acquisition pour des évènements d’autodéclenchement des détecteurs. Un ensemble d’algorithmes de reconnaissances de traces et d’association calorimètre–trajectographe a été développé et implémenté dans les cartes électroniques après validation par des simulations Monte-Carlo. Les objectifs de performance ont été atteints en prenant en compte les différentes contraintes (physique des détecteurs, électronique, temps réel) maximisant les efficacités de détection pour des évènements d’intérêt physique.

The SuperNEMO experiment is designed for the neutrinoless double beta decay (ββ) research involving a massive Majorana neutrino (ν ≡ ν̄). The demonstrator module of the experiment is currently being installed at the Laboratoire Souterrain de Modane (LSM). The so-called tracko-calo detection technique allows the energy measurement of the particles passing through the detector and a complete reconstruction of their kinematics.This thesis presents the design, simulation and implementation of the electronics trigger system for the SuperNEMO demonstrator module. The purpose of this system is to maximize the detection efficiency for ββ events as well as for background events due to natural radioactivity while reducing the acquisition rate caused by spurious events. Pattern recognition and calorimeter-tracker association algorithms have been developed and implemented in electronic boards after validation by Monte-Carlo simulations. The performance targets have been reached, taking into account different constraints (physics of the detectors, electronics, real time) with maximized detection efficiency for events of interest.