navik

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Matière Noire Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Wimps : particules massives interagissant faiblement avec la matière Taux de reculs nucléaires attendus ,  1 à 10-4 evt . jour -1.kg -1 entre 1 et 100 keV Laboratoire souterrain (Rayons cosmiques) Environnement basse radioactivité et blindage plomb archéologique Taux de reculs électroniques résiduels 10 à 100 evt . jour -1.kg -1 entre 1 et 100 keV  Détecteur à mesure simultanée de la chaleur et de l’ionisation (ou de la scintillation)

Basse température ?: 

Signal  DT = Eo / C Résolution DE  C1/2 T et C = gT + A T3  Intérêt pour : C la plus faible et très basse T Basse température ? Ge Si Diamant Saphire Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002

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Détecteurs scintillation-chaleur Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 VNTD BGO ROSEBUD, IAS, Saragosse, Canfranc Scintillation-chaleur : BGO (46g), CaWO4 (54g)

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Détecteurs ionisation-chaleur Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Amplificateur de tension Amplificateurs de charge Senseur thermique (NTD Ge) Electrodes Al (collection de charge ) Monocristal Ge WIMP rayons X ou  D = 2 cm Electrode Al V = 1-6 Volts T = 20 mK

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Discrimination entre événements Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Q = efficacité de l’ionisation Mesure simultanée de l’ionisation et de la chaleur : reculs électroniques (fond X et g) : Q = 1 reculs nucléaires (neutrons et Wimps) : Q  0,3

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Détecteurs d’Edelweiss Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Vue de dessus face métallisée et NTD Vue de dessous face métallisée et anneau de garde

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Résultats Edelweiss 1 Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 3 mois de données limite 0,2 evt/kg/jr Run Janv.-Mai 2002

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Détecteurs Edelweiss 2 Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Basse radioactivité (sélection matériau, protection radon et cosmogénèse) Anti-coïncidence gamma et neutron Phase 21 détecteurs (7kg) (avec sous couche amorphe) Phase 120 détecteurs (36kg) Rejet des événements de surface grâce à la localisation

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Cryogénie Edelweiss 2 Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Réservoir He Blindage Pb 50 litres utiles Cuivre BR

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Cryogénie Edelweiss 2 Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 EDELWEISS I phase 1kg … 3 détecteurs de 320 g … EDELWEISS II Phases 7kg, 36 kg 10 galettes de 12 détecteurs de 320 g

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Détecteur à fils vibrants de MacHe3 Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Cellule (type Lancaster) T = 100-160 mK <<1mK Seuil en énergie = 1,5 keV ? Temps de montée = 1s Temps de descente = 10s Pour la détection des WIMPs Cible 3He spin 1/2 => interaction axiale Seuil très faible (< 1keV) Rapport signal / fond élevé (1-6 keV) Ultra haute pureté de l’hélium mais paroi de Cu

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MacHe3 Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 ISN (IN2P3) et CRTBT (SPM) Grenoble MAtrice de 1000 Cellules de 125cm3 d’Hélium 3 super-fluide (M totale = 10kg) Objectif : 10-2 evt/kg/jr pour commencer à rejeter les modèles théoriques 10-3 evt/kg/jr et 10-2 evt/kg/an envisagée Actuellement Cellule prototype (125mm3, 10mg) Taux d’événements (autres que cosmiques) 12 evt/jour Mesure réalisée à la surface du sol Taux actuel = 1,2.106 evt/kg/jr => il faut gagner un facteur 108 A moyen terme : Calibration à basse énergie (6keV) Prototype 6 cellules de différentes formes Discrimination recul électronique par anti-coïncidence et détection des UV au niveau des murs des cellules

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Et à l’étranger ? Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Recherche de Matière Noire : Détecteurs scintillation - chaleur : Cresst Détecteurs ionisation - chaleur : CDMS Désintégration double beta sans neutrino : Détecteurs chaleur seule : Cuore

CRESST: 

Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 MPI et TU Munich ,Univ. Oxford, Gran Sasso Détecteur 262g de saphire => 1,5 kg.jr puis CaWO4 de 7g et 300g Réjection 98% 10-20 keV 99,7% 15-25 keV 99,9% > 20 keV Objectif CRESST 2 10 kg CaWO4 (33 modules de 300 g) 66 SQUID fond de 1cp/kg/keV/jr, réjection 99,7% 15-25 keV , exposition 30 kg.an CRESST

CDMS: 

CDMS Z-dependent Ionization & Phonon Detector LTMH @ 0keV = 1keV (ionisation) 320eV (chaleur) trigger 100% > 5keV Fond photon ~ 1 evt/keV/kg/jr dans Ge et ~ 3 evt/keV/kg/jr dans Si Réjection 99,8% Les détecteurs mesurent simultanément l’ionisation et le signal phonon athermique.

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CDMS 2 Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Objectif : 7 tours de 4 détecteurs Ge (250g) et 2 Si (100g) Dans la mine de Soudan (USA) Masse totale = 8 kg “First Dark” en janvier 2003 avec la 1ère tour. 2ème tour prête courant 2003.

Cuore: 

Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Cuore CUORE = closely packed array of 1000 detectors 25 towers - 10 modules / tour - 4 détecteurs / module M  760 kg Cryogenic Underground Observatory for Rare Events Désintégration double beta, Matière Noire Objectif : détecter la modulation annuelle du taux d’événements dus aux WIMPs T fonctionnement ~ 9 mK Résultats du meilleur détecteur 2 keV FWHM @ 1 MeV 3 keV FWHM @ 2.6 MeV 4 keV FWHM @ 5.4 MeV “The best a spectrometer ever realized”

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Et après ? Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002 Projet d’expérience d’une tonne Augmentation de la masse des modules (1kg) Assemblage compact pour optimiser le rejet les coïncidences Basse radioactivité (fabrication site souterrain) Protection muons à l’aide de véto Réflexion sur diversification des objectifs scientifiques Germanium enrichi Ge73 pour couplage axial et/ou Ge76 pour double beta Discussion et demande de financement CEE pour Design study

Mesure de l’ionisation à TBT: 

Mesure de l’ionisation à TBT Diodes p-i-n Double contact métal - semi-conducteur 300K 300K 20mK 20mK Journées de Giens X-F Navick 21 Septembre 2002