Mesure des anisotropies de polarisation du fond diffus cosmologique avec l'interféromètre bolomètrique QUBIC

par Romain Charlassier

Thèse de doctorat en Champs, particules, matière

Sous la direction de Jean-Christophe Hamilton.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .


  • Résumé

    La détection des modes B primordiaux de polarisation du fond diffus cosmologique est un des défis majeurs de la cosmologie contemporaine. Leur mesure permettrait de contraindre les modèles d'inflation, cette phase d'expansion accélérée qui aurait eu lieu aux tout premiers instants de l'Univers. Le projet QUBIC, une des nombreuses expériences en compétition, s'appuie sur une technologie particulièrement innovante, l'interférométrie bolométrique. Cette thèse expose les travaux qui ont permis d'établir l'architecture de cet instrument Nous introduisons un formalisme permettant d'étudier comment les observables d'intérêt peuvent être mesurées et obtenons une formule analytique donnant la sensibilité de l'instrument. Nous déterminons les caractéristiques instrumentales devant être satisfaites par chacun de ses composants en vue de le rendre compétitif. Nous démontrons en particulier que seule une distribution hautement redondante des récepteurs (cornets) permet d'atteindre une sensibilité optimale. Nous étudions l'effet de lissage engendré par la largeur de bande spectrale des détecteurs et estimons la dégradation de sensibilité en résultant. Nous proposons par ailleurs des architectures alternatives d'interféromètre bolométrique ; l'une d'entre elles (avec lame demi-onde en rotation et sans déphaseurs contrôlés) est devenue l'architecture standard de l'instrument QUBIC. Nous mettons enfin à jour une méthode prometteuse d'auto-calibration de l'instrument qui est selon nous amenée à devenir un argument majeur en faveur de l'interférométrie bolométrique. Nos travaux ont donné lieu à plusieurs publications, reproduites en annexe de cette thèse.

  • Titre traduit

    Measuring the polarisation anisotropy of the Cosmic Microwave Background with the QUBIC bolometric interferometer


  • Résumé

    Detecting the Cosmic Microwave Background B-mode polarisation is one of the major challenges of nowadays cosmology. This measurement indeed appears as the most powerful way to place constraints on inflation, this process of extreme accelerated expansion that would have occurred during the first few moments of the Universe. The QUBIG project, one of the many experiments dedicated to this purpose, is based on a novel instrumental technique we call bolometric interferometry. The work described in this thesis attempts to establish the instrument design. We introduce a mathematical formalism that shows how the observables of interest can be measured. We then obtain an analytical formula giving the instrument sensitivity and derive the requirements that its components must satisfy. We show in particular that the receivers (homs) distribution must be highly redundant in order for the instrument to achieve an optimal sensitivity. We study the bandwidth smearing effect due to bolometers' wide spectral band and estimate the resulting sensitivity loss. We also introduce alternative designs of bolometric interferometers; one of them (with rotating half-wave plate and no controlled phase-shifters) has become the standard design of the QUBIC instrument. We finally present a promising self-calibration procedure that, we think, may be regarded in the future as one of the main arguments in favor of bolometric interferometry.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (244 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 210 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2010) 136
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