Caractérisation des propriétés temporelles du calorimètre du démonstrateur SuperNEMO & mesure de l'activité du ²²²Rn à l'intérieur du tracker

Le neutrino, en raison de sa faible probabilité d’interaction, est une particule difficile à détecter et à étudier. L’observation des oscillations de neutrinos a montré que le neutrino est une particule massive et que les états propres de saveur, liés à l’interaction, ne coïncident pas avec les états propres de masse, liés à la propagation. Les paramètres d’oscillation ont été mesurés. La phase de violation CP ainsi que l’ordonnancement des masses de neutrinos restent à déterminer. La nature du neutrino reste inconnue. En tant que particule neutre, le neutrino peut être identique à son antiparticule, c’est-à-dire une particule de Majorana. Le terme de masse de Majorana est introduit naturellement par une extension du Modèle Standard. Il pourrait également expliquer la petitesse de la masse du neutrino ainsi que l’asymétrie entre matière et antimatière actuellement observée, via le mécanisme de leptogenèse. Le signal expérimental permettant de prouver la nature de Majorana du neutrino est la désintégration double bêta sans émission de neutrinos (0νββ), qui correspond à un processus de deux désintégrations bêta simultanées se produisant dans le noyau et aboutissant à l’émission de deux électrons sans antineutrinos électroniques. Ce processus est hypothétique et n’a pas encore été observé. La désintégration double bêta sans neutrinos est au-delà du Modèle Standard, car le nombre leptonique y est violé. Afin d’observer ce processus, l’expérience SuperNEMO a été conçue avec un module démonstrateur permettant de démontrer la capacité d’atteindre un bruit de fond extrêmement faible. Parmi les bruits de fond, le ²²²Rn est un isotope gazeux susceptible de contaminer les matériaux du détecteur, et son isotope fils ²¹⁴Bi peut contribuer au bruit de fond du double bêta. Le démonstrateur est installé dans le Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) et possède des blindages. Afin de réduire le bruit de fond provenant du détecteur, des matériaux radiopurs ont été utilisés, un piège à radon pour le gaz du tracker a été installé, le détecteur a été entouré d’une tente anti-radon, etc. Il est crucial de disposer d’un calorimètre calibré précisément afin de rechercher la désintégration double bêta sans neutrinos. Une partie du travail présenté dans cette thèse est consacrée à la calibration des modules optiques en utilisant les événements d’électrons traversants. Cette méthode permet de déterminer le décalage temporel entre deux modules optiques. Ensuite, la résolution temporelle du calorimètre pour des électrons à 1 MeV a été mesurée. La méthode utilise les deux électrons issus des sources d’étalonnage de ²⁰⁷Bi pour déterminer cette résolution temporelle. Une partie du travail est consacrée à l’estimation du niveau d’activité du ²²²Rn à l’intérieur du démonstrateur SuperNEMO. La mesure de la contamination en radon du tracker a été effectuée en utilisant le canal électron-alpha. Pour les prises de données réalisées après l’installation du blindage, le rapport signal sur bruit est très élevé, supérieur à 100. Avant la mise en service du système de déradonisation de l’air dans la tente anti-radon, l’activité du radon est de l’ordre de [40–80] mBq/m³.