Étude du bruit de fond neutron induit par les muons dans l'expérience EDELWEISS-II

par Laurent Chabert

Thèse de doctorat en Physique nucléaire

Sous la direction de Martine Stern-Jacquin.

Soutenue en 2004

à Lyon 1 .


  • Résumé

    Plusieurs observations astronomiques indiquent que la densité de matière dans notre Univers est dominée par sa composante invisible. Parmi les particules pouvant constituer cette matière, le neutralino est un candidat supersymétrique favorisé. Cette thèse s'est faite dans le cadre de la collaboration EDELWEISS. Cette expérience tente de mettre en évidence l'interaction d'un neutralino avec un noyau cible. Les bolomètres utilisés par EDELWEISS associent à la détection des phonons celle des charges créées par le dépôt d'énergie. Cette double détection permet de rejeter une partie importante du bruit de fond associé aux interactions électroniques. Actuellement, les expériences utilisant des bolomètres double composante permettant une discrimination du bruit de fond sont les plus sensibles. Les sensibilités diminuent en augmentant la masse de détecteurs et bientôt ces expériences commenceront à être limitées par le bruit de fond neutron induit par les muons cosmiques résiduels. Ce travail de thèse présente une étude détaillée des interactions inélastiques des muons (d'énergie moyenne 300 GeV au Laboratoire Souterrain de Modane) et de la production de neutrons engendrés par les muons dans différents matériaux à l'aide de simulation GEANT. Cette étude s'inscrit dans le développement des simulations de l'expérience EDELWEISS-II qui prévoit à terme l'installation de 120 détecteurs germanium. Pour rendre ces simulations les plus réalistes possibles, nous intégrons les distributions caractéristiques des muons au LSM obtenues à l'aide des données du détecteur Fréjus. Les flux de neutrons produits par les muons atteignent un tel niveau que la collaboration a décidé de mettre en place un veto muon afin de signer leur passage à l'intérieur de l'expérience EDELWEISS-II. Nous développons aussi un étude expérimentale d'un scintillateur plastique qui sera le constituant principal du veto muon. L'expérience M3 (Mesure Muon Modane) permet l'identification des muons au LSM et donne accès au spectre expérimental des pertes d'énergie des muons par ionisation. Enfin, les résultats obtenus par simulation sur l'efficacité de détection du veto muon seront présentés. Plusieurs observations astronomiques indiquent que la densité de matière dans notre Univers est dominée par sa composante invisible. Parmi les particules pouvant constituer cette matière, le neutralino est un candidat supersymétrique favorisé. Cette thèse s'est faite dans le cadre de la collaboration EDELWEISS. Cette expérience tente de mettre en évidence l'interaction d'un neutralino avec un noyau cible. Les bolomètres utilisés par EDELWEISS associent à la détection des phonons celle des charges créées par le dépôt d'énergie. Cette double détection permet de rejeter une partie importante du bruit de fond associé aux interactions électroniques. Actuellement, les expériences utilisant des bolomètres double composante permettant une discrimination du bruit de fond sont les plus sensibles. Les sensibilités diminuent en augmentant la masse de détecteurs et bientôt ces expériences commenceront à être limitées par le bruit de fond neutron induit par les muons cosmiques résiduels. Ce travail de thèse présente une étude détaillée des interactions inélastiques des muons (d'énergie moyenne 300 GeV au Laboratoire Souterrain de Modane) et de la production de neutrons engendrés par les muons dans différents matériaux à l'aide de simulation GEANT. Cette étude s'inscrit dans le développement des simulations de l'expérience EDELWEISS-II qui prévoit à terme l'installation de 120 détecteurs germanium. Pour rendre ces simulations les plus réalistes possibles, nous intégrons les distributions caractéristiques des muons au LSM obtenues à l'aide des données du détecteur Fréjus. Les flux de neutrons produits par les muons atteignent un tel niveau que la collaboration a décidé de mettre en place un veto muon afin de signer leur passage à l'intérieur de l'expérience EDELWEISS-II. Nous développons aussi un étude expérimentale d'un scintillateur plastique qui sera le constituant principal du veto muon. L'expérience M3 (Mesure Muon Modane) permet l'identification des muons au LSM et donne accès au spectre expérimental des pertes d'énergie des muons par ionisation. Enfin, les résultats obtenus par simulation sur l'efficacité de détection du veto muon seront présentés

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Informations

  • Détails : 131 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 174 réf. bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Claude Bernard (Villeurbanne, Rhône). Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T50/210/2004/84bis
  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Centrale de Recherche.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004/CHA
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