Existe-t-il une décroissance en matière noire des neutrons à halo de l'hélium 6 ?

Search fοr a neutrοn dark decay in 6Ηe

• Auteur / Autrice : Marius Le joubioux
• Direction : Hervé Savajols
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 22/10/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique, Sciences de l'Ingénieur, Matériaux, Énergie
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grand accélérateur national d'ions lourds (Caen)
• Jury : Président / Présidente : Francesca Gulminelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francesca Gulminelli, Stéphanie Roccia, Marek Pfützner, Bertram Blank, David McKeen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphanie Roccia, Marek Pfützner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand accélérateur national d'ions lourds (Caen)

Décroissance radioactive

Matière noire (astronomie)

Détecteurs de neutrons

Neutrons

Mots clés libres

Anomalie de la durée de vie du neutron

Décroissance en matière noire du neutron

Ganil

Neutron lifetime discrepancy

Neutron dark decay

6He

Ganil

Tetra

Résumé

L’écart entre les expériences dites du faisceau et de la bouteille mesurant la durée de vie du neutron libre pourrait être expliqué en considérant une nouvelle voie de désintégration du neutron en matière noire. Une telle décroissance pourrait être mis en lumière dans une sélection de noyaux radioactifs dans lesquels certains neutrons sont très faiblement liés au reste de la structure nucléaire. Dans le cas du noyau borroméen 6He, une décroissance en matière noire d’un des deux neutrons du halo produirait nécessairement les particules suivantes : 4He + n +x. Observer une émission de neutron corrélée à la décroissance de l’hélium 6 fournirait ainsi une signature claire et unique de création de matière noire. Unfaisceau intense 6He+ produit au Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)couplé au détecteur de neutron TETRA a permis d’établir une limite supérieure à l’existence de cette décroissance en matière noire dans l’hélium 6 à Brx <4:0 x 1010 >avec un degré de confiance de 95%. Cette limite expérimentale a également été traduite en une contrainte de l’ordre de Op105q pour la probabilité de décroissance en matière noire du neutron libre.

Neutron dark decays have been suggested as a solution to the discrepancy between bottleand beam experiments, providing a dark matter candidate that can be searched for inhalo nuclei. The free neutron in the final state following the decay of 6He into 4He + n +x provides an exceptionally clean detection signature when combined with a high-efficiencyneutron detector. Using a high-intensity 6He beam at the Grand Accélérateur Nationald’Ions Lourds (GANIL), a search for a coincident neutron signal resulted in an upper limiton a dark decay branching ratio of Brx <4:0 x 1010 > with a 95% confidence level. Usingthe dark neutron decay model proposed originally by Fornal and Grinstein, we translatethis into an upper bound on a dark neutron branching ratio of Op105q, improving overglobal constraints by one to several orders of magnitude depending on m.