Recherche d'événements double bêta sans émission de neutrinos grâce à une TPC de Xénon à haute pression lue par détection Micromegas auprès de l'expérience PandaX-III - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Search for neutrinoless double-beta events in a high pressure Xenon TPC with Micromegas detection at the PandaX-III experiment

Recherche d'événements double bêta sans émission de neutrinos grâce à une TPC de Xénon à haute pression lue par détection Micromegas auprès de l'expérience PandaX-III

Résumé

The PandaX-III collaboration aims to explore the possible Majorana nature of the neutrino through the study of the neutrinoless double beta decays. This decay will be measured in a Time Projection Chamber filled with a Xenon 136 based gas mixture under high pressure. The Electrons emitted by the decay deposit their energy in the gas mixture. They leave tracks in the gas that are measured by Microbulk Micromegas detectors. The energy of the track is to be measured with a Full Width Half-Maximum Resolution below 3% at 2.457 MeV, the energy of the neutrinoless double beta decay. Then, it is of the utmost importance to have a precise characterization of the used detectors and to evaluate the effect of the defect the detectors may have on the track reconstruction. Tests in a mixture of Argon-Isobutane at 5% shows that the Microbulk Micromegas prototypes have a maximum gain of 2000 and an energy resolution of 35% at 5,9KeV, which does not reach the goals of the collaboration. Moreover, the strips of the prototypes show a 5 % to 20 % defect rate which is also coupled with large gain inhomogeneities across the detector. These defective strips affect 39,5 % of the event measured by a detector from the first defective strip. It can also lead to the fragmentation of the tracks in the reconstruction process if there are more than two consecutive defective strips. News analysis processes have been implemented to tackle these defects. They manage to repair more than 71% of the reconstructed tracks and give an estimate of the energy loss in these strips. At last, a selection process of the Double beta decay events based on the use of the Fisher Discriminant allows it to increase by a factor of 4 the ratio signal over noise in the region of interest.
L’étude de la désintégration double bêta sans émission de neutrino de l’expérience PandaX-III a pour but d’explorer la nature du neutrino qui serait possiblement une particule de Majorana. Cette désintégration est étudiée dans une chambre à projection temporelle rempli avec un mélange gazeux à haute pression à base de Xénon 136. Les électrons émis par les désintégrations déposent leur énergie dans le volume gazeux. Les électrons créent ainsi des traces mesurées par des détecteurs Micromegas Microbulk. L’énergie de ces traces doit être mesurée avec une résolution en énergie à mi-hauteur inférieure à 3% à 2,457 MeV, l’énergie des désintégration double bêta. Il est ainsi vital d’obtenir une caractérisation fine des détecteurs employés et d’évaluer l’impact de l'état des détecteurs sur la reconstruction des traces. Les tests conduits dans un mélange d’argon-isobutane à 5% ont montré que les prototypes de détecteurs de l’expérience PandaX-III présentent des gains maximums de 2000 et une résolution en énergie à 5,9 keV de l’ordre de 35% à mi- hauteur peu adaptée aux objectifs de l’expérience. De plus, les prototypes montrent un taux de défaut des pistes de lecture compris entre 5% et 20% qui est couplé à de larges inhomogénéités de gain en fonction de la position sur le détecteur. La présence de pistes défectueuse affecte 39,5% des événements lus par un détecteur dès la première et peut conduire au morcellement des traces lors de leur reconstruction dès la présence de trois pistes coupées consécutives. De nouveaux processus d’analyse ont été développés pour tenir compte de ces défauts. Ils permettent de reconstituer plus de 71% des traces morcelées entre elles et d’estimer l’énergie perdue dans ces pistes coupées. Enfin, un processus de sélection des événements double bêta basé sur l’utilisation du discriminant de Fisher permet d’obtenir une amélioration du rapport signal sur bruit de fond d’un facteur 4 dans la région d’intérêt.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03240404 , version 1 (28-05-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03240404 , version 1

Citer

Benjamin Manier. Recherche d'événements double bêta sans émission de neutrinos grâce à une TPC de Xénon à haute pression lue par détection Micromegas auprès de l'expérience PandaX-III. Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]. Université Paris-Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPASP082⟩. ⟨tel-03240404⟩
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