Optimisation de la reconstruction gamma de l'expérience SuperNEMO en vue de l'étude du bruit de fond : développement d'un détecteur sphérique proportionnel pour l'étude du radon dans l'expérience SuperNEMO

Optimization of the gamma reconstruction of the SuperNEMO experiment for the study of the background : development of a spherical proportional detector for the study of radon in the SuperNEMO experiment

• Auteur / Autrice : Hichem Tedjditi
• Direction : José Busto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules et astroparticules
• Date : Soutenance le 13/01/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Lemière, Ionis Giomataris, Christine Marquet, Christophe Hugon, Anselmo Meregaglia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Lautridou, Marie-Cécile Piro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Désintégration double bêta

Neutrinos

NEMO (physique nucléaire)

Mots clés libres

Neutrino

SuperNEMO

Majorana

Double beta decay

Résumé

Le neutrino est impliqué dans de nombreux domaines couvrant les champs de la physique des particules, nucléaire ou l'astrophysique et la cosmologie. Aujourd'hui, l'étude de la masse et l'étude de la nature du neutrino sont au cœur de la recherche au-delà du modèle standard de la physique des particules. La théorie sur laquelle se base ce travail de thèse est la théorie du neutrino de Majorana: est-ce que le neutrino peut être sa propre antiparticule, dite de Majorana ?Le travail de cette thèse a été réalisé dans le cadre de l'expérience SuperNEMO. SuperNEMO a ainsi pour but d'étudier la nature du neutrino en mesurant la 0\nu\beta\beta qui permettrait de déterminer les mécanismes à la base de ce résultat ainsi que de déterminer la hiérarchie et l'échelle de masse du neutrino.Dans ce contexte, l'étude du bruit de fond du module démonstrateur de l'expérience SuperNEMO est un élément crucial pour maîtriser la réponse du détecteur. Nous nous sommes concentrés dans un premier temps sur cette réponse, avec la mise en service du calorimètre. Le deuxième volet de la thèse touche au problème du bruit de fond induit par le radon, un gaz noble radioactif naturel, dont la concentration dans le gaz du détecteur ne peut pas dépasser quelques centaines d'atomes par m^3.Pour mieux estimer la contribution du radon et d'autres sources de bruit de fond dans le détecteur, nous avons développé un algorithme de reconstruction des gammas dans le calorimètre. Finalement, nous avons développé un détecteur sphérique gazeux proportionnel afin de déterminer s'il est possible de contrôler en direct la concentration de radon présente dans le détecteur SuperNEMO.

The neutrino is at the core of multiple research fields ranging from particle and nuclear physics to astrophysics and cosmology. In the current scope of physics, studying the mass and the nature of the neutrino is fundamental for the research beyond the standard model of particle physics.The theory that spiked the interest in the work presented is the Majorana neutrino theory : can the neutrino be its own anti-particle, known as a Majorana particle ?The work presented was conducted in the framework of the SuperNEMO experiment. SuperNEMO is looking to answer the Majorana question with the measurement of the neutrinoless double beta disintegration. This disintegration would yield information on the neutrino nature regardless of the involved mechanism, and knowledge of the neutrino half-life time would give access to its mass hierarchy.The study of the background noise of the demonstrator module of the SuperNEMO experiment is a crucial part of understanding the response of the detector.The first aspect of the research work of this thesis was thus focused on this response, with the commissioning of the SuperNEMO calorimeter.A second part of this thesis was the study of the background noise induced by radon, a noble radioactive natural gas that acts as an interference over the ambient noise of the detector response. Since the radioactive descendants of radon decay into gammas, the study was conducted with the development of a reconstruction algorithm for the trajectory of these gammas.Finally, a proportional gaseous spherical detector was developed in CPPM in order to investigate the possibility of monitoring the radon quantity present in the SuperNEMO detector.