Détection de reculs nucléaires à l'échelle de 100 eV : Caractérisation de la réponse des bolomètres et application à la diffusion cohérente des neutrinos de réacteur avec l'expérience NUCLEUS
Year: 2025
Type: dissertation
Abstract: Cette thèse s'articule autour de deux axes principaux : d'une part, ma contribution à l'expérience NUCLEUS, qui vise à détecter les reculs nucléaires (NR) induits par la diffusion cohérente des neutrinos de réacteur sur les noyaux (CEvNS) ; d'autre part, le développement de la méthode CRAB (Calibrated Recoil for Accurate Bolometry) pour la calibration en énergie des NR dans les cryodétecteurs.L'expérience NUCLEUS sera prochainement installée à proximité de la centrale nucléaire de Chooz (Ardennes, France). Sur ce site, les principales sources de bruit de fond proviennent des γ ambiants, des neutrons atmosphériques et des muons cosmiques. La réduction du bruit de fond constitue un enjeu central pour NUCLEUS, condition indispensable à l'observation du signal CEvNS. Pour y répondre, l'expérience repose sur un cryodétecteur cible, des blindages passifs, ainsi que deux systèmes de veto destinés à identifier et rejeter les différentes contributions au bruit de fond. Avant son installation à Chooz, l'expérience a été déployée dans un laboratoire souterrain à Munich pour une phase de préparation, comprenant un montage à blanc suivi d'un First Commissioning Run (FCR). Dans ce cadre, j'ai été responsable de la mise en service du veto muon. J'ai ainsi pu valider la réponse de tous les modules du veto muon ainsi que leurs performances. J'ai également contribué à l'analyse des données du FCR, qui a démontré le bon fonctionnement de l'ensemble des détecteurs de NUCLEUS. Un travail particulier a été mené sur la synchronisation des différentes acquisitions, afin de valider le rejet des bruits de fond par les systèmes de veto. En particulier, l'efficacité du veto muon pour rejeter le bruit de fond induit par les muons cosmiques a été clairement démontrée.Dans le second volet de cette thèse, je présente mes contributions dans le développement et la validation la méthode CRAB. Cette méthode permet de calibrer des NR dans la région sub-keV, ce qui constitue un progès déterminant pour les futures expériences de physique des neutrinos et de matière noire. Cette méthode repose sur la capture radiative de neutrons par un noyau cible. Lors de la désexcitation du noyau par émission d'un γ, celui-ci subit un recul d'énergie fixée par la cinématique à deux corps, générant ainsi un pic de calibration dans la région d'intérêt. J'ai conduit des simulations permettant de valider cette approche pour plusieurs matériaux cibles (CaWO₄, Al₂O₃, Ge, Si), en analysant notamment l'impact de la coïncidence NR- γ sur le rapport signal/bruit. J'ai également participé à la validation expérimentale de la méthode sur une cible en Al₂O₃. Dans le cadre de ma cotutelle avec l'Université technique de Vienne (Autriche), j'ai passé un an sur place pour contribuer au développement instrumental de la phase II du projet CRAB, menée auprès du réacteur de recherche TRIGA-Mark II de l'Atominstitute offrant un faisceau de neutrons purement thermiques. J'ai participé à la mise en service des détecteurs γ et assuré le fonctionnement du cryostat. Enfin, l'analyse des premières données collectées à Vienne a permis d'obtenir des résultats prometteurs, en bon accord avec les simulations, et confirmant la coïncidence γ-NR.
Source: theses.fr (ABES)
Author: Martin, Romain
Institution: Département de Physique Nucléaire
Language: English
Topic: Neutrino Physics Research
Subfield: Nuclear and High Energy Physics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7095083777
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