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R2D2: a high pressure xenon TPC for neutrinoless double beta decay search, F. PICQUEMAL (LP2I - Bordeaux)
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Europe/Paris
Auditorium Marcel Vivargent (LAPP)
Auditorium Marcel Vivargent
LAPP
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Description
The knowledge of the nature of the neutrino - is the neutrino its own anti-particle ? - is crucial for particle physics and cosmology. The most sensitive process to adress this question is the neutrinoless double beta decay $\beta\beta0\nu$ decay. It exitence would prove unambugouisly that the neutrino is a Majorana particle ($\nu = \bar{ \nu }$ ). The R2D2 collaboration is developing a radial time projection chamber with a fiducial mass of half a tonne of $^{136}$Xe at high pressure able to identify the two emitted electrons to reach an unprecedented sensitivity. The final objective is to built a ton-scale experiment with zero background. The various developements like detector design, topological recognition of interactions, event energy reconstruction and radioactive background mitigation will be presented as well as the results obtained with the prototypes. The simulations for the full scale experiment show that he projected sensitivity after ten years of data taking yields a half-life limit exceeding $10^{27}$ years, along with a constraint on the effective neutrino mass $m_{\beta\beta}$. With larger mass of $^{136}$Xe, The detector could exclude the inverted neutrino mass hierarchy region, depending on the final experimental background.
French:
R2D2: une TPC xénon haute pression pour la recherche de la double désintégration bêta sans neutrino
La connaissance de la nature du neutrino — le neutrino est-il sa propre antiparticule ? — est cruciale pour la physique des particules et la cosmologie. Le processus le plus sensible pour répondre à cette question est la désintégration double beta sans neutrino $\beta\beta0\nu$ decay. Son existence prouverait sans ambiguïté que le neutrino est une particule de Majorana. La collaboration R2D2 développe une TPC radiale haute pression avec une masse fiduciel d'une demi-tonne de136Xe , capable d'identifier les deux électrons émis pour atteindre la meilleure sensibilité dans la prochaine décade. L'objectif final est de construire une expérience à l'échelle de la tonne avec un bruit de fond nul. Divers développements, tels que la conception du détecteur, la reconnaissance topologique des interactions, la reconstruction de l'énergie des événements et l'atténuation du bruit de fond radioactif, seront présentés, ainsi que les résultats obtenus avec les prototypes. Les simulations pour l'expérience à pleine échelle montrent que la sensibilité projetée après dix ans de collecte de données donne une limite de demi-vie dépassant 10**27 ans, ainsi qu'une contrainte sur la masse effective du neutrino $m_{\beta\beta}$. Avec une masse plus grande de 136Xe, le détecteur pourrait exclure la région de hiérarchie de masse inversée des neutrinos, en fonction du bruit de fond expérimental final.
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