Le deuxième détecteur de l’expérience Double-Chooz, situé à 400m du cœur des réacteurs de la centrale de Chooz, prend des données depuis décembre 2014. Chaque jour, cet instrument détecte environ 300 neutrinos, sur les centaines de milliards de milliards qui le traversent. Après plusieurs mois de prise de données les premières données du détecteur proche montrent que celui-ci fonctionne comme attendu et répond de façon similaire à son jumeau situé à 1km du réacteur. Avec ses 2 détecteurs opérationnels, l’expérience est à nouveau dans la course internationale pour la mesure du dernier angle de mélange venant compléter la mesure du phénomène d’oscillation des neutrinos. Les premiers résultats avec deux détecteurs sont attendus à l’automne 2015.
Ce film réalisé par Olivier Corpace en 2015 (27min) montre la construction du détecteur de neutrinos proche de Double Chooz à Chooz en France. Le film est ponctué d'interviews des principaux contributeurs.
Retour sur l’installation du détecteur proche
Les dernières étapes permettant le fonctionnement du détecteur proche ont été réalisées en fin d’année 2014. En effet, après le montage des quatre enceintes et des 450 photomultiplicateurs, le remplissage du détecteur restait une étape importante à franchir. Ainsi, sous la coordination technique de l’Irfu, la collaboration représentée principalement par deux laboratoires allemands (MPIK Heidelberg et l’Université Technique de Munich), a rempli simultanément les quatre enceintes avec quatre liquides différents en respectant en permanence des écarts de niveau inférieurs au cm afin de ne pas risquer de rompre les enceintes en acrylique (Plexiglas®).
Enfin, pour compléter la protection apportée par les 45m de terre recouvrant le détecteur vis-à-vis des particules cosmiques, un blindage en acier de 15 cm a été installé au-dessus du puits afin d’atténuer les rayons gammas de la roche environnante.
En avril 2013 les plans de détection de muons ont été installés au-dessus de ce blindage en acier. Ils permettent de réduire une partie importante du bruit issu des particules cosmiques non atténuées par les 45m de roche. Ainsi, en détectant en coïncidence des évènements à la fois dans le détecteur et au-dessus du blindage, on peut supprimer ces évènements qui polluent la détection des neutrinos.
Finalement la dernière étape de l’intégration du détecteur proche a été l’installation d’une boite à gants permettant d’introduire au centre de la cible des systèmes de calibration qui viendront compléter ceux déjà en place.
Installation des réservoirs extérieurs sur leur bac de rétention
Projection de la sensibilité de l’expérience Double Chooz avec ses deux détecteurs.
Historique de l’expérience Double Chooz
Le projet Double Chooz est né en 2003 d’une collaboration internationale, à l'initiative de chercheurs du CEA et du CNRS. En 2009, un premier détecteur a été installé dans un laboratoire souterrain, construit par EDF dans les années 1990 à 1 kilomètre des cœurs des réacteurs de la centrale. Ce dispositif a permis, en 2011, de détecter la transformation des neutrinos durant leur vol, découverte confirmée et améliorée dès 2012 par les autres expériences internationales. Depuis lors, une course mondiale à la précision s’est engagée pour mesurer le troisième angle de mélange des neutrinos.
Jusqu’alors la collaboration Double Chooz n’a publié que des résultats portant sur l’analyse des données à 1km uniquement. La mise en service d’un second détecteur va permettre à la collaboration de se remettre en course efficacement. D’ici trois ans, l’angle de mélange recherché devrait y être mesuré avec une précision de 10 % (voir figure ci-contre).
Premières données du détecteur proche
A l’image du premier détecteur, ce second instrument est constitué d’une cuve cylindrique de dix mille litres remplie d’un mélange d’huiles minérales. Un tel volume est nécessaire car les neutrinos interagissent très faiblement avec la matière : ils traversent murs, montagnes, et êtres vivants, pratiquement sans interaction. Afin d’en détecter un, il faut donc « interposer » au parcours des neutrinos une grande quantité de matière. Chaque jour, cet instrument ne détecte qu’environs 300 neutrinos, sur les centaines de milliards de milliards qui le traversent.
Première comparaison du spectre en énergie des neutrons produits par le rayonnement cosmiques capturés dans les deux détecteurs de Double Chooz.
Perspectives
Après plusieurs mois de prise de données les premières données du détecteur proche montrent que celui-ci fonctionne comme attendu. Le taux d’interaction d’évènements de bruits de fond montre que les critères de blindage, de propreté, et de radiopureté sont atteints. Les deux détecteurs répondent de façon similaire, bien que la calibration du détecteur proche ne soit pas encore implémentée (voir figure ci dessus).
Les premiers résultats avec deux détecteurs sont attendus à l’automne 2015.
La comparaison des résultats de Double Chooz avec ceux d’autres expériences similaires en Chine (Daya-Bay) et en Corée (RENO) et d’accélérateurs de particules (T2K au Japon) facilitera la conception de projets pour explorer l’origine de l’asymétrie entre matière et antimatière observée dans l’Univers. En effet, selon la théorie du Modèle standard, qui prédit le comportement de la matière depuis le début de l’Univers, le Big Bang aurait créé a priori autant de matière que d’antimatière, il y a 13,7 milliards d’années. Mais la matière est observée en surabondance aujourd’hui. Les neutrinos pourraient bien détenir la clé de cette énigme.
Le laboratoire abritant ce deuxième détecteur a été financé par le FEDER (Fonds européen de développement régional), la région Champagne-Ardenne, le département des Ardennes, la communauté de communes Rives de Meuse, EDF, le CNRS et le CEA.
Contacts: Thierry Lasserre (SPP), Christian Veyssière (SIS)
