Identification des évènements de surface dans des bolomètres équipés de couches minces d'isolant d'Anderson : application à la détection directe de matière noire

par Nader Mirabolfathi

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Louis Dumoulin.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Dans une expérience destinée à la détection directe des WIMPS (un candidat plausible pour la matière noire) les détecteurs jouent un rôle essentiel. L'expérience EDELWEISS a choisi des détecteurs semiconducteurs (Ge) avec lesquels on peut mesurer simultanément la chaleur (mesure bolométrique) et la charge issues de l'impact d'une particule. On discrimine ainsi les événements de type "recul noyau" (WIMPS) des événements de type " recul électron " (bruit de fond hormis les neutrons). Cependant, pour un événement ayant lieu très pre��s de la surface des électrodes de collecte de charge, un déficit de collecte peut dégrader d'une manière importante l'efficacité de cette discrimination. Ce travail propose une nouvelle méthode d'identification des événements de surface basée sur le régime transitoire "chaleur" obtenu au moyen de couches minces Nb_xSi_(1-x), isolant d'Anderson, déposées directement sur l'absorbeur (saphir ou Ge). Un événement ayant lieu à une profondeur inférieure à une valeur critique d_c , (de l'ordre du millimètre dans le Ge) donne un signal transitoire (athermique) augmenté et de forme différente comparée à un événement de volume de même énergie. Nous avons paramétré cette augmentation en fonction de la profondeur d<d_c et montré qu'elle pouvait être exploitée jusqu'au seuil en énergie du détecteur. Nous avons développé une stratégie de mesure où les thermomètres servent aussi d'électrodes de collecte de charge et ainsi nous avons pu identifier les événements très près (d<100mM) des électrodes donnant lieu à une collecte incomplète. La méthode permet donc de définir un volume fiduciel du détecteur où le pouvoir de rejet n'est pas limité par ce type d'événements.


  • Résumé

    The detector in the direct detection of WIMPS experiments (a plausible candidate for Dark Matter) plays an essential role. The EDELWEISS experiment employs cryogenic semiconductor bolometers to simultaneously measure the heat and the ionization produced by an event. Comparing these two quantities for each event, one can distinguish "electron recoil" events (background other than neutrons) from "nuclear recoil" events (WIMPS). However for those events occurring too close to the electrodes, a deficit in charge collection will degrade drastically the detector discrimination capacity. We introduce a new method to identify near?surface events which is based on the "heat" transient regime analysis of detector. To analyze this regime, we use Nb_xSi_(1-x) Anderson insulator thin layers directly evaporated on the absorber (Ge or sapphire). We find an enhanced transient heat signal for an event less than a critical depth value, d_c (1̃mm in Ge) compared to a detector bulk event with identical energy. We determined this enhancement with respect to the depth of interaction (d< d_c ) and verified that it is valid down to the energy threshold of the detector. We have designed and implemented a setup in which the thermometers are simultaneously used for charge collection electrodes. We have shown that using this method, one can identify the events giving rise to an incomplete charge collection due to their proximity to the electrodes. We conclude that this method allows the definition of a fiducial volume where the discrimination performance is not limited by such events.

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Informations

  • Détails : IV-174 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)33
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