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SUMMARY:Characterisation of photo-multiplier tubes and detector design stu
 dies for direct detection searches of dark matter
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DESCRIPTION:Speakers: Owen Stanley (Equipe Xenon\, cotutelle Subatech IMT 
 Atlantique / University of Melbourne)\n\nRapporteurs avant soutenance :\nC
 hiara Maria Angela RODA Professor Universitá di Pisa\, Pisa\, Italy\nFabr
 izio PETRUCCI Associate Professor Universitá di Roma Tre\, Roma\, Italy\n
 Composition du Jury\nExaminateurs : Yajing XING Maitresse de Conference So
 rbonne Université\, Paris\, France\nLorenzo FELIGIONI Directeur de Recher
 che CNRS/IN2P3\, CPPM\, Marseille\, France\nDominique THERS Professor IMT 
 Atlantique\, SUBATECH\, Nantes\, France\nDirectrice de thèse : Sara DIGLI
 O Chargée de Recherche\, CNRS/IN2P3\, SUBATECH\, Nantes\, France Co-direc
 trice de thèse : Elisabetta BARBERIO Professor\, University of Melbourne\
 , AustralieCo-superviseur de thèse : Phillip URQUIJO Professor\, Universi
 ty of Melbourne\, Australie\nTitre : Caractérisation de tubes photomultip
 licateurs et études de conception de détecteurs pour la recherche direct
 e de matière noire\nMots clés : Dark matter\; direct detection\; photose
 nsors\; liquid xenon\; NaI(Tl)\nRésumé : Les observations astrophysiques
  et cosmologiques fournissent des preuves convaincantes que la majorité d
 e la matière de l’Univers est non lumineuse\, et pourtant sa nature fon
 damentale demeure non résolue. Un programme mondial d’expériences de d
 étection directe aborde cette question au moyen de matériaux cibles et d
 e technologies complémentaires. Cette thèse présente des contributions 
 à deux de ces programmes. SABRE South\, au laboratoire souterrain de phys
 ique de Stawell\, fournira le premier test\, dans l’hémisphère sud\, d
 u signal de modulation annuelle revendiqué par DAMA/LIBRA\, à l’aide d
 e cristaux de NaI(Tl) de très haute pureté. La contribution à SABRE Sou
 th porte sur le développement de dispositifs expérimentaux et de techniq
 ues d’analyse pour caractériser les tubes photomultiplicateurs Hamamats
 u R11065-20\, comprenant la mesure du gain\, du taux d’obscurité\, des 
 post-impulsions et des taux d’émission de lumière corrélée. S’appu
 yant sur ces résultats de caractérisation\, la thèse développe égalem
 ent un modèle de classification permettant de discriminer les signaux de 
 scintillation du bruit de fond des photomultiplicateurs\, améliorant l’
 efficacité de signal jusqu’à 20 pour cent par rapport à l’approche 
 par coupures\, au seuil de 10 photoélectrons (~1 keV). XLZD\, issu de la 
 convergence des collaborations XENONnT\, LUX-ZEPLIN et DARWIN\, vise à d
 éployer une chambre à projection temporelle à xénon liquide diphasique
  de 40 à 80 tonnes. Les contributions à XLZD comprennent la mise en serv
 ice de XeLab\, première chambre à projection temporelle à xénon liquid
 e diphasique en France\, dédiée à l’étude du problème d’affaissem
 ent des électrodes \; ainsi que des études de conception par simulation 
 optique examinant l’influence de la géométrie du détecteur et de la d
 isposition des photodétecteurs sur l’efficacité de collecte de la lumi
 ère et\, par conséquent\, sur la sensibilité à la matière noire.-----
 ---\nTitle : Characterisation of photo-multiplier tubes and detector desig
 n studies for direct detection searches of dark matter\nKeywords : Dark ma
 tter\; direct detection\; photosensors\; liquid xenon\; NaI(Tl)\nAbstract:
  Astrophysical and cosmological observations provide compelling evidence t
 hat the majority of matter in the Universe is non-luminous\, yet its funda
 mental nature remains unresolved. A global programme of direct-detection e
 xperiments addresses this question using complementary target materials an
 d technologies.\nThis thesis presents contributions to two such programmes
 . SABRE South\, at the Stawell Underground Physics Laboratory\, will provi
 de the first Southern Hemisphere test of the DAMA/LIBRA annual modulation 
 claim using ultra-high-purity NaI(Tl) crystals. The contribution to SABRE 
 South focuses on the development of experimental set-ups and analysis tech
 niques to characterise the Hamamatsu R11065-20 photomultiplier tubes\, inc
 luding measurements of gain\, dark rate\, afterpulsing\, and correlated li
 ght-emission rates.\nBuilding on these characterisation results\, the thes
 is also develops a classification model to discriminate scintillation sign
 als from photomultiplier backgrounds\, improving signal efficiency by up t
 o 20 per cent over the cut-based approach at the 10 PE (~1 keV) threshold.
  XLZD\, formed from the convergence of the XENONnT\, LUX-ZEPLIN\, and DARW
 IN collaborations\, aims to deploy a 40-80 tonne dual-phase liquid xenon t
 ime projection chamber. The contributions to XLZD comprise the commissioni
 ng of XeLab\, the first dual-phase liquid xenon time projection chamber in
  France\, dedicated to investigating the electrode sagging problem\; toget
 her with optical-simulation design studies that examine how detector geome
 try and photosensor layout influence light collection efficiency and\, con
 sequently\, dark matter sensitivity.\n\nhttps://indico.in2p3.fr/event/4021
 9/
LOCATION:Amphi PASCAL (Subatech IMT Atlantique Nantes)
URL:https://indico.in2p3.fr/event/40219/
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