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Établir la nature du neutrino comme particule de Majorana ou de Dirac constitue l’une des interrogations fondamentales de la physique des particules contemporaines. A ce jour, l'observation d’une double désintégration bêta sans émission de neutrinos (NLDBD) reste le moyen le plus sensible pour lever cette indétermination. L'objectif du programme de Recherche et Développement R2D2 (Rare Decays with Radial Detector) est de développer un concept nouveau de détection afin de mettre en évidence ce processus de désintégration extrêmement rare. Il s'agit d'exploiter un détecteur SPC (Spherical Proportional Counter) avec l'isotope 136 du xénon, porté à haute pression (40 bars). Les atouts de ce détecteur sont multiples : simplicité mécanique et électronique (un seul canal de lecture), confinement d’une grande masse d’isotope dans un petit volume et très bas bruit de fond possible. Une résolution en énergie de 1% FWHM dans la région d’intérêt de la possible NLDBD est considérée essentielle à la recherche de cette désintégration. Le premier objectif du projet R2D2 est de démontrer que le détecteur utilisé permet d'atteindre une telle performance. Pour y parvenir, un prototype de SPC de 40 cm de diamètre a été réalisé puis testé au Laboratoire de Physique des 2 Infinis de Bordeaux. Après une brève revue de l'état de l'art dans la recherche de NLDBD, ce séminaire présentera les premières mesures de résolution en énergie à basse pression (approchant les 1% jusqu'à 3 bars). Enfin, deux méthodes de reconstruction de la position des dépôts d'énergie (nécessaire à la réduction du bruit de fond) seront présentées et comparées. L'une d'elles est particulièrement prometteuse puisqu'elle ne fait appel qu'à l'analyse de la forme des signaux de charge.
Title: Spherical Proportional Counter development for neutrinoless double beta decay searches
The determination of the nature of neutrino (Majorana or Dirac) is one of the fundamentals open questions in particle physics. To answer it, the most sensitive way is the observation of a neutrinoless double beta decay (NLDBD). In this framework the R2D2 (Rare Decays with Radial Detector) R&D project is assessing if the SPC (Spherical Proportional Counter) concept could meet the requirements of a NLDBD decay experiment. The advantages of such a detector are its simplicity in terms of mechanics and electronics (single readout channel), a large mass in a small volume (at 40 bar, 1 ton of Xe is reached in a 1m radius sphere), and the possibility to meet the extremely low background requirements for rare events searches. A first step of the R&D is to optimize a SPC prototype looking for an energy resolution at the level of 1% FWHM at 2.5 MeV, mandatory to be competitive in the NLDBD searches. The prototype in use is a 40 cm radius sphere, installed in the LP2I-Bordeaux facility. This seminar will review the state of the art in the NLDBD field followed by a presentation of the R2D2 prototype. To evaluate the behaviour of the detector under various conditions, the outcomes of a computer simulation are presented. Then, experimental results of energy resolution measurements and simultaneous detection of light and charge signals are presented. Notably, an energy resolution as good as 1.1% FWHM for a 5.3 MeV alpha source is reported. Finally, two methods of position reconstruction (mandatory for background rejection) will be presented and compared, one of them being based only on signal shape analysis.
