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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-17-0121

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique des particules / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Etude de la nature du neutrino à l'aide de détecteurs gazeux Micromegas avec une tonne de Xénon haute pression

RÉSUMÉ DU SUJET

Le neutrino, seule particule de matière de charge électrique nulle, pourrait être une particule de Majorana, c'est-à-dire identique à son antiparticule. Si tel est le cas, alors un phénomène naturel nouveau devrait apparaître pour quelques rares isotopes: la double désintégration bêta sans émission de neutrinos. La violation de l'invariance du nombre leptonique qui en résulte, et qui est interdite par le Modèle Standard serait une découverte majeure. C'est l'une des conditions évoquées pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière de l'Univers.

L'expérience proposée par la collaboration PandaX-III consiste à mesurer la cinématique d'événements de désintégration double-bêta de noyaux de Xénon 136 dans un grand volume de Xénon gazeux à 10 bars. Celle-ci permet de détecter la réaction recherchée, l'émission simultanée de deux électrons sans que des anti-neutrinos n'aient été émis à cette occasion, et de la distinguer des différents bruits de fond (double-bêta classique, contamination d'autres noyaux radioactifs, rayons cosmiques). Pour mesurer ces événements rares, le volume de Xénon gazeux formera des chambres à projection temporelle (Time Projection Chamber, TPC), avec un étage de détection constitué de détecteurs gazeux à micro-structure Micromegas. Cette expérience prendra place dans le laboratoire souterrain de Jin Ping (province du Sichuan, Chine), qui possède un des plus faibles taux de rayons cosmiques résiduels au monde. Une première chambre TPC de 200 kg de Xénon sera installée à partir de fin 2017, pour arriver à une masse de 1 tonne avec 5 modules vers 2022. D'importants efforts devront être accomplis pour atteindre une excellente résolution sur la mesure des énergies des deux électrons, afin de séparer le signal des différents bruits de fond, ainsi qu'une excellente pureté radiologique du dispositif expérimental.

Au sein des équipes du SPhN et du SEDI (Service d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique) le doctorant participera aux évaluations des performances des détecteurs Micromegas et de leur électronique de lecture. Il prendra part à la R&D menée pour atteindre une résolution en énergie de 1% à 2 MeV, sur plusieurs types de détecteurs Micromegas, dont des Microbulk et des détecteurs à grille fine. Ce travail inclura, en collaboration avec nos partenaires des universités de Saragosse et de Shanghai, le suivi et l'évaluation des performances des différents prototypes et de leur électronique dans un environnement gazeux sous pression, en particulier leurs performances en terme de résolutions en énergie et spatiale. En parallèle à ces travaux, l'étudiant participera aux développements des algorithmes de reconstruction des données de la TPC afin de pouvoir déterminer les caractéristiques des événements double-bêta (énergie, cinématique), et les reconnaitre des bruits de fond gammas. Ce travail impliquera l'étude des données de chambres de test, ainsi que de simulations Monte Carlo à la fois des dispositifs de test et des TPC finales. Les résultats de ces études seront enfin utilisés pour la mise en œuvre de l'analyse des premières données de l'expérience PandaX-III à partir de mi 2018, afin de poser une première limite sur la présence de processus de désintégration double-bêta sans émission de neutrino.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master 2 Physique des particules

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers
Service de Physique Nucléaire
Groupe COMPASS
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2017
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Damien NEYRET  

CEA
DRF/IRFU/SPhN/COMPASS
IRFU/SPhN bat 703
CEA Saclay
91191 Gif sur Yvette cedex

Téléphone : +33 1 69 08 75 52

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Damien NEYRET

CEA
DRF/IRFU/SPhN/COMPASS
IRFU/SPhN bat 703
CEA Saclay
91191 Gif sur Yvette cedex