Thèse soutenue

CROSS et CUPID-Mo : stratégies futures et nouveaux résultats dans la quête bolométrique du 0νββ
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Hawraa Khalife
Direction : Andrea Giuliani
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astroparticules et cosmologie
Date : Soutenance le 21/01/2021
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
Jury : Président / Présidente : Nathalie Besson
Examinateurs / Examinatrices : Michel Sorel, Christine Marquet, Carlos Peña Garay, Stefano Pirro
Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Sorel, Christine Marquet

Résumé

FR  |  
EN

La désintégration double-beta sans émission de neutrino est une transition nucléaire hypothétique et rare (T₁/₂>10²⁶ ans). Son observation fournirait de précieuses informations sur la nature des neutrinos. En particulier, cela démontrerait que ceux-ci sont des particules de Majorana et qu’il n’y a pas conservation du nombre de lepton. Cette désintégration peut être étudiée avec des bolomètres dont l’absorbeur contient l’isotope susceptible de se désintégrer, mais la possibilité d’analyser ce processus rare dépend crucialement du niveau de bruit de fond dans la région d’intérêt. Une nouvelle R&D a récemment débuté au sein du projet CROSS (Cryogenic Rare-event Observatory with Surface Sensitivity) visant au développement de bolomètres cryogéniques incluant les isotopes prometteurs ¹⁰⁰Mo and ¹³⁰Te. Ces bolomètres sont capables de discriminer les interactions α et β de surface via l’exploitation des propriétés d’un matériau supraconducteur (film d’Al) ou d’un métal normal (film de Pd) déposé sur les faces du cristal (Li₂MoO₄ and TeO₂). Ces films jouent le rôle de modificateurs de forme pour les impulsions. Les résultats des tests sur des prototypes fabriqués et testés au CSNSM (Orsay, France) ont montré la capacité de films d’Al (de Pd) de quelques μm (nm) d’épaisseur déposés à la surface du cristal de discriminer les événements de surface des événements bulk, avec un niveau de réjection compatible avec celui exigé par les expériences finales. Alors que le film d’Al ne peut identifier que les particules α de surface, avec des films métalliques normaux, nous avons été capables de séparer également les composantes β de surface. Ceci constitue une avancée importante dans la technologie bolométrique pour la décroissance double beta qui pourrait atteindre, avec cette technologie, un indice de bruit de fond de l’ordre de 10⁻⁵ événements/(keV kg an). De plus, la présente thèse expose les résultats de l’expérience CUPID-Mo, un démonstrateur de CUPID, une expérience d’une tonne de prochaine génération pour la détection du 0νββ. CUPID-Mo utilise des bolomètres scintillants en Li₂MoO₄ qui discriminent entre les α et les β/γ, permettant ainsi de rejeter la contribution dominante au bruit de fond (particules α). L’expérience a permis d’atteindre une nouvelle limite sur le temps de demi-vie de la désintégration 0νββ dans le ¹⁰⁰Mo : T₁/₂> 1.5 x 10²⁴ ans à 90% C.I..