Impurities Radioactive Background Control in a Cryogenic Liquid-Xenon 0vbb Rare-Event Detector

par Antoine Amy (Equipe Xenon)

lundi 28 sept. 2026, 14:00 → 16:00 Europe/Paris

Amphi Besse (Subatech IMT Atlantique)

La nature des neutrinos reste encore mal connue. Bien que les oscillations aient établi qu'ils sont massifs, leur masse absolue demeure indéterminée. La désintégration 0vbb constitue une sonde particulièrement prometteuse : son observation démontrerait une violation du nombre leptonique, établirait la nature de Majorana des neutrinos et pourrait aider à mieux comprendre l'asymétrie entre matière et antimatière dans l'Univers. Le 136Xe est particulièrement adapté à cette recherche, car il est à la fois un isotope émetteur double bêta et un milieu de détection efficace. Une chambre à projection temporelle remplie de xénon liquide produit un signal lumineux et un signal d'ionisation permettant d'identifier les interactions ayant lieu dans le détecteur. L'expérience nEXO repose sur ce principe et vise à améliorer de deux ordres de grandeur la sensibilité actuelle à la recherche de 0vbb. Atteindre cet objectif nécessite une reconstruction précise de l'énergie et un environnement à très faible bruit de fond. La précision de cette mesure est affectée par la concentration en impuretés électronégatives dans le xénon, qui peuvent capturer les électrons pendant leur dérive ; un modèle a donc été développé pour quantifier leur effet et orienter la construction et le fonctionnement de l'instrument. L'environnement à très faible bruit de fond impose également une conception spécifique du détecteur. Cette thèse étudie l'utilisation de nickel et l'évolution de la géométrie du cryostat afin d'optimiser la conception de base du détecteur. Le fluide cryogénique entourant la TPC, le HFE, doit quant à lui assurer à la fois le blindage radiologique et la stabilité cryogénique. Particulièrement adapté puisqu'il reste liquide à température ambiante comme à celle du xénon liquide, le HFE a été étudié au moyen d'un banc d'essai de refroidissement et de recirculation afin de caractériser son comportement à basse température.