En 2018, l’Irfu participe à une publication CUPID-0: the first array of enriched scintillating bolometers for 0νββ decay investigations qui fait le point sur une première matrice de bolomètres installés au laboratoire du Gran Sasso en Italie dont l’objectif est de traquer la désintégration double beta sans émission de neutrino (0νββ) qui révèlera la nature des neutrinos. Cette publication décrit l’intégration des détecteurs, leurs tests et leur mise en service pour une première prise de données qui a démarré en 2017 avec la participation à différentes étapes des chercheurs de l’Irfu et IN2P3. Les résultats des tests montrent une très bonne réponse de l’électronique et des systèmes cryogéniques. La valeur médiane en résolution en énergie prouve l’efficacité inégalée de cette technique de mesure de la radioactivité permettant de dissocier la désintégration beta de celle de type alpha, source de bruit de fond dans ces recherches.
Le principe de l’expérience
CUPID-0 cherche à détecter une désintégration sans neutrino et développe pour cela une série de bolomètres scintillants. Le challenge de l’expérience est d’augmenter la sensibilité expérimentale dans la région d’intérêt tout en diminuant le bruit de fond dominant lié aux désintégrations de type alpha. Pour cela, l’expérience utilise des cristaux de ZnSe, pour permettre une détection avec un bruit de fond meilleur de près d’un ordre de grandeur par rapport à CUORE, la précédente expérience. Le démonstrateur comporte 26 cristaux de ZnSe dont 24 enrichis à 95% au 82Se et deux naturels (à environ 8% de 82Se).
Le détecteur CUPID-0 avec les 26 bolomètres scintillants organisés en 5 tours.
A gauche, un bolomètre scintillant du détecteur CUPID et à droite, un module réel lors de l'intégration en tour dans la salle blanche.
Lorsqu’un évènement nucléaire a lieu, le cristal ZnSe subit une augmentation de chaleur. Cette infime augmentation est détectée par les capteurs de température. En plus du changement de température, une lumière de scintillation est émise par le cristal. Ce rayonnement est récolté par le détecteur de lumière.
L’intérêt de cette double détection est la discrimination des types de désintégration. En effet, dans les expériences précédentes, une grande partie du bruit de fond provenait des désintégrations alpha (cf fait marquant précédent). Or celles-ci n’ont pas les mêmes caractéristiques du couple augmentation de température-signal lumineux et sont donc séparables des désintégrations beta.
Les bolomètres scintillants du projet sont périodiquement irradiés par une source gamma de 232Th (Thorium) pour l’étalonnage.
Le premier démonstrateur
L’innovation principale de CUPID-0 par rapport à CUORE est l’utilisation de bolomètres scintillants, qui combinent des détecteurs de lumière et des capteurs de température.
Les équipes de l’Irfu ont participé à la fabrication des détecteurs de lumière, à l’intégration en salle blanche et à la mise en place dans les locaux du laboratoire en Italie.
L’installation du détecteur CUPID-0 fut terminée fin 2016-début 2017 et le refroidissement ainsi que les premiers diagnostiques ont démarré en février 2017.
Les 5 tours qui composent le détecteur CUPID-0.
Les résultats de la distribution en énergie du ZnSe.
Des tests très satisfaisants
Les premiers tests avec la source de Thorium montrent une très bonne réponse des détecteurs. En effet, la résolution en énergie des détecteurs révèle que les systèmes cryogéniques ainsi que l’électronique fonctionnent à un niveau à la pointe de la recherche actuelle.
La très bonne capacité à discriminer les évènements promettent de futures études intéressantes. Ceci est notamment possible grâce aux excellentes performances des détecteurs de lumière et à leur reproductibilité.
Contact : Claudia Nones, Anastasiia Zolotarova
• Constituants élémentaires et symétries fondamentales › Physique des neutrinos Détection des rayonnements
• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département de Physique des Particules (DPhP)
• LUMINEU
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Dernière mise à jour : 21-11-2024
