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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-19-0456

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

Étude et prototypage d’un bolomètre innovant pour la détection de la diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux

RÉSUMÉ DU SUJET

Le projet BASKET a pour but le développement des détecteurs innovants pour mesurer précisément le processus de diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux (DCNN) auprès de réacteurs nucléaires. L’intérêt majeur de ce processus réside dans le fait que sa section-efficace peut-être 10 à 1000 fois plus grande que celle des autres canaux de détection utilisés en physique des neutrinos. L’exploitation de la DCNN pourrait donc permettre à terme de réaliser une percée technologique dans le domaine de la détection des neutrinos en réduisant drastiquement la taille des détecteurs jusqu’à quelques kg seulement. Outre cet intérêt technologique, la DCNN est un mode d’interaction des neutrinos encore largement inexploré : il nous permettrait de tester précisément le modèle standard de la physique des particules et de rechercher de la nouvelle physique.

La signature expérimentale de la DCNN est un recul nucléaire dont l’énergie est de l’ordre de 10 à 100 eV en moyenne. Le défi consiste à disposer d’un détecteur sensible à ces très faibles dépôts d’énergie, tout en maintenant un niveau de bruit de fond en-deçà du signal attendu. Plusieurs voies technologiques sont envisageables, chacune ayant leurs avantages et leurs limites.

La voie technologie envisagée dans cette thèse repose sur l’utilisation de détecteurs bolométriques basse température (DBBT), en s’appuyant sur les développements accomplis pour la recherche de matière noire et la recherche de double désintégration bêta sans émission de neutrinos (0vßß). Le but principal de cette thèse est le prototypage d’un DBBT pouvant opérer en surface auprès d’une centrale nucléaire. Ce dernier point est le défi majeur du projet: les DBBTs utilisés pour la recherche d’évènements rares (matière noire ou 0vßß) opèrent habituellement dans des conditions de bruit de fond extrêmement faibles. Opérer de tels détecteurs en surface auprès d’une centrale pour mesurer la DCNN requiert ainsi plusieurs développements pour atteindre les performances suivantes : un seuil en énergie de l’ordre de 10 eV et des temps de réponse de l'ordre de 0.1-1 ms pour maintenir un temps mort raisonnable et discriminer efficacement les bruits de fond externes au détecteur (muons et neutrons venant de l’interaction du rayonnement cosmique dans l’atmosphère). Pendant cette thèse, deux voies seront explorées afin de de concevoir un prototype répondant à ces besoins : la conception de nouveaux cristaux innovants et le développement de senseurs thermiques haute performance basés sur la technologie des « Metallic Magnetic Calorimeter » (MMC) en collaboration avec DRT/LNHB.

Le projet de thèse prévoit l’étude de nouveaux cristaux « lithiés », de type Li2Mo(1-x)WxO4 possédant à la fois des éléments lourds (ici du tungstène) pour la détection de la DCNN et un composé permettant l’identification des neutrons (6Li). Des premiers tests de mise en froid sur un cristal de Li2WO4 couplé à un senseur MMC ont déjà été réalisés. La suite du projet optimisera la géométrie, la taille des cristaux et les MMC pour atteindre des seuils de l’ordre de 10 eV et des temps de réponses de l'ordre de 0.1 ms, objectifs fixés pour la mesure de DCNN. Une fois, les paramètres du détecteur optimal définis, les senseurs thermiques des MMC seront produits par des moyens de microfabrication à la plateforme technologique Paris-Saclay/C2N.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers
Service de Physique des Particules
Groupe Edelweiss
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2019
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Claudia Nones  

CEA
DRF/IRFU/SPP/Edelweiss
Bat.141 - Pce 41A

Téléphone : +33 1 69 08 35 20

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Claudia Nones

CEA
DRF/IRFU/SPP/Edelweiss
Bat.141 - Pce 41A