Etude du bruit de fond provenant du Bismuth 214 et analyse du signal de double désintégration bêta avec une méthode de maximum de vraisemblance dans l'expérience NEMO-3

• Main Author: Simard, L.
• Language: FRE
• Published: Université Paris Sud - Paris XI 2009
• Subjects: [PHYS:NUCL] Physics/Nuclear Theory; neutrino; double beta; Majorana; radon
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00435401; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/43/54/01/PDF/HDR_Simard.pdf

Les résultats récents des expériences d'oscillations ont montré que le neutrino est une particule massive; jusqu'à présent la valeur absolue de sa masse reste inconnue, même si les expériences de cosmologie ou de mesure directe donnent des contraintes. D'autre part, comme le neutrino est le seul fermion qui n'est pas chargé électriquement, il peut être identique à son antiparticule, c'est-à-dire être une particule de Majorana. La recherche de la double désintégration bêta $\mathrm{\beta \beta 0 \nu}$ est actuellement la seule technique expérimentale susceptible de mettre en évidence le neutrino de Majorana. Le détecteur NEMO-3, qui recherche la double désintégration bêta du Molybdène 100 et du Sélénium 82, prend des données au Laboratoire Souterrain de Modane depuis février 2003. La première phase de prise de données a permis de mettre en évidence une contamination de la chambre à fils trop élevée en Bismuth 214. Afin d'éviter qu'une faible fraction du radon de l'air du laboratoire ne diffuse dans le détecteur, une tente a été installée autour de celui-ci et une installation de déradonisation de l'air permet d'appauvrir en radon l'air qui entre dans la tente. Le détecteur NEMO-3 peut mesurer pour chaque prise de données sa contamination interne en Bismuth 214; des modèles permettent de décrire comment le radon peut diffuser dans le détecteur, ou comment l'activité en radon de l' air du laboratoire peut varier lors d'une coupure de ventilation. Après installation de la tente et de l'installation de déradonisation de l'air, plusieurs hypothèses sont proposées pour expliquer la contamination résiduelle, sachant que compte-tenu de la longue demi-vie du Radon 222, l'analyse des désintégrations du Bismuth 214 ne permet pas de remonter avec certitude à l'origine du matériau où le radon émane. Enfin, les désintégrations du Bismuth 214 rendent possible un test global, sur lénsemble du détecteur et pour une prise de donnée assez longue, de l'étalonnage en énergie. La recherche de la double désintégration bêta est basée sur une méthode de maximum de vraisemblance, qui utilise l'ensemble des informations mesurées sur les événements à deux électrons par NEMO-3 : non seulement la somme des énergies des électrons, mais également leurs énergies individuelles et l'angle d'émission entre eux. Les distributions sont ajustées sur des simulations pour les signaux et les bruits de fonds; ensuite les contributions des bruits de fond autres que la $\mathrm{\beta \beta 2 \nu}$ sont fixées, grâce à des canaux dédiés de plus haute statistique. Après 2,6 ans de prises de données pour la période à teneur en radon réduite, aucun signal n'a été observé et les contraintes sur les demi-vies de $\mathrm{\beta \beta 0 \nu}$ sont : $$\mathrm{T_{1/2}^{\beta \beta 0 \nu,~} > 8,3~10^{23}~ann\acute{e}es (90\% CL)~^{100}Mo}$$ $$\mathrm{T_{1/2}^{\beta \beta 0 \nu,~} > 4,9~10^{23}~ann\acute{e}es (90\%CL)~^{82}Se}$$ L'utilisation de l'information sur les énergies individuelles et sur l'angle d'émission entre les électrons permet d'améliorer la sensibilité au processus de $\mathrm{\beta \beta 0 \nu}$ généré par les courants droits : $$\mathrm{T_{1/2}^{\beta \beta 0 \nu,~V+A} > 3,5 ~10^{23} ~years~ (90\% CL)~^{100}Mo}$$ $$\mathrm{T_{1/2}^{\beta \beta 0 \nu,~V+A} > 2,7~ 10^{23} ~years~ (90\% CL)~^{82}Se}$$