Recherche de matière sombre légère avec des CCDs de l'expérience DAMIC à Snolab

Looking for light Dark Matter with CCDs in the DAMIC experiment

• Auteur / Autrice : João Miguel Da Rocha
• Direction : Antoine Letessier-Selvon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'Univers
• Date : Soutenance le 06/11/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Physique nucléaire et hautes énergies (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Balland
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Privitera, Marco Cirelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Berat, Olivier Deligny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Geant4 (logiciel)

Radioactivité -- Instruments

Particules (physique)

Matière noire (astronomie)

Mots clés libres

Astroparticules

DAMIC

CCD

Matière sombre

Détection directe

Radioactivité

Astroparticles

Dark matter

Direct detection

Radioactivity

Résumé

De nombreuses observations astrophysiques et cosmologiques tendent à favoriser le fait que 80% de la matière de l’Univers est constitué d’une matière inconnue et interagissant peu avec la matière ordinaire, la matière sombre. Cependant sa nature reste une des inconnues de la physique moderne. Actuellement la vaste majorité des expériences de détection directe de matière sombre n’ont encore rien détecté. L’expérience Dark Matter In CCDs (DAMIC) à SNOLAB est l’une d’entre elles et utilise des Charged Coupled Devices (CCDs, semi-conducteurs en silicium, comme détecteur. Mon travail au sein de la collaboration DAMIC a été centré sur la production d’un modèle de bruit de fond radioactif à l’aide de l’outil GEANT4. On commencera par introduire l’expérience DAMIC à SNOLAB pour présenter la simulation de l’expérience, de la génération des isotopes radioactifs à la simulation de la réponse du détecteur aux dépôts d’énergies des particules simulées. J’exposerai ensuite les origines et caractéristiques des différents isotopes présents dans l’expérience, informations que l’on a obtenues grâce à des mesures dites de screening, des publications et analyses. Pour terminer je présenterais le modèle de bruit de fond radioactif issu de l’ajustement des simulations au données et la sensibilité de l’expérience DAMIC.

A large number of astrophysical and cosmogical observations promote the fact that 80\% of the matter in the Universe is made of an unknown dark matter weakly interacting with the ordinary matter, the dark matter. However little is known about it, and its nature remains one of the unknown of modern physics. Nowadays the vast majority of the direct detection dark matter experiments didn’t detect anything. The Dark Matter In CCDs (DAMIC) experiment at SNOLAB is one of them, and uses Charged Coupled Devices, silicon semi-conductors, as detectors. My work within the DAMIC collaboration was mainly focused on the construction of the radioactive background model with the GEANT4 toolkit. To start we will introduce the DAMIC at SNOLAB experiment and present the simulation of the experiment, from the generation of primary particle to the simulation of the detector behavior to the energy deposit of the particles simulated. Then I will show you the origins and characteristics of the different radioactive isotopes present in the experiment, information that we retrieved from papers, screening measurement and analysis. To finish I will present the radioactive background model coming from the fit of the simulations to the data and the sensibility of the DAMIC experiment.