Dark matter search within the EDELWEISS experiment with double component Ionisation/Heat bolometer, surface event rejection with the ionization channel.
Recherche de matière noire au sein de l'expérience EDELWEISS avec des bolomètres à double composante Ionisation/Chaleur, rejet des évènements de surface avec la voie ionisation.
Résumé
Understanding the nature of non-baryonic dark matter is one of the most fascinating and challenging goals of modern physics. WIMP (Weak Interactive Massive Particle) direct detection experiments such as EDELWEISS test the hypothesis that dark matter is made up of particles (neutralino) predicted by the supersymmetry and having an interaction cross-section with the nucleon of about 10-8 picobarn. For that purpose, EDELWEISS uses ultrapure cryogenic germanium detectors combining ionisation and heat measurements. This allows the discrimination between nuclear recoils as expected for WIMPs and the electronic recoils induced by the particles of the radioactive background. The main limitation of this technique comes from events close to the detector surface that mimic nuclear recoils. The solution presented here is based on a coplanar grid technique for surface event identification with ionization signals. We present the principle of this type of detector, the fabrication of a prototype and its study: tests with different radioactive sources in a surface laboratory and in the site of the experiment in the Modane underground laboratory (LSM). The experimental results are analysed in details and compared to a modelization of the signals expected for the different event populations. The obtained gamma and surface event (beta) rejection demonstrates the possibility to reach at least 10-8 picobarn in the frame of the EDELWEISS II experiment which chose to use this type of detector for the future.
Une des questions majeures de la physique moderne est la détermination de la nature de la matière noire non-baryonique. Les expériences de détection directe de WIMPs (acronyme signifiant particules massives interagissant faiblement) comme EDELWEISS testent l'hypothèse que celle-ci est composée de particules (neutralino) prédites par la supersymétrie et ayant une section efficace d'interaction avec les nucléons d'environ 10-8 picobarn. Pour ceci, EDELWEISS utilise des détecteurs cryogéniques en germanium ultra-pur à double composante ionisation/chaleur, ce qui permet la discrimination des reculs nucléaires attendus pour les WIMPs des reculs électroniques induits par les particules du bruit de fond radioactif. La principale limitation de cette méthode provient des évènements proches de la surface des détecteurs (dus notamment aux betas) qui peuvent être confondus avec des reculs nucléaires. La solution présentée dans cette thèse est l'utilisation de détecteurs à grilles coplanaires pour le rejet des évènements de surface sur la base des signaux d'ionisation. Nous décrivons le principe de ces détecteurs, la réalisation d'un prototype et son étude : tests pratiqués avec différentes sources radioactives en laboratoire de surface puis sur le site-même de l'expérience au Laboratoire Souterrain de Modane. Les résultats expérimentaux sont analysés en détail et comparés à une modélisation approfondie des signaux attendus pour les diverses populations d'évènements. Le pouvoir de rejet des évènements gamma et des évènements de surface betas obtenu démontre la possibilité d'atteindre au moins 10-8 picobarn dans le cadre de l'expérience EDELWEISS II qui a retenu ce type de détecteur pour l'avenir.