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Les ν Massifs 70 ans pour passer du mythe à la réalité Yves Déclais, IPNL (CNRS-IN2P3/UCBL) Pauli Fermi Reines Poltergeist SNO 1931 1934 1956 2001 SuperK.

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1 Les ν Massifs 70 ans pour passer du mythe à la réalité Yves Déclais, IPNL (CNRS-IN2P3/UCBL) Pauli Fermi Reines Poltergeist SNO SuperK 1998

2 Désintégration nucléaire e-e- 60 Co 60 Ni e - n p e - ( F. Perrin 1933 ) Crise énergétique Energie disponible = m noyaux c 2 - Le problème expérimental du spectre continu Stavros Katssanevas

3 M(ν e ) 2.2 eV mesure directe (Mainz) M(ν e ) 2.2 eV CMB data

4 La contribution des ν à la masse de lunivers

5 La boîte à outils sub-nucléaire Supersymétrie : unification des lois physiques Signature de la saveur du ν Saveur du lepton chargé produit par réaction de courant chargé

6 =1/ m= 100 milliards de rayons de Terre !!!!!! Interaction Faible σ= cm 2 Évaluation simple de la section efficace (Asimov : une particule fantôme, le neutrino) Hans Bethe Rudolphe Peierls Durée de vie du neutron = 12.8 minutesTemps de réaction 12.8 minutes Parcours du ν : cm (distance terre-mars) Taille du proton : atome H Il faut cm deau pour absorber un ν ~ 1000 années lumière n p e - ν e ν e p e + n __

7 1956: La détection du ν e auprès dun réacteur nucléaire F.Reines (Nobel) et C.Cowan - cible 2x200 l. eau cadmiée - scintillateur 3x1400 l. Réacteur nucléaire : qq fissions/sec 6 ν / fission Signal : 3 evts /h S/B ~ 2/1 _

8 1962 : découverte du ν μ sur accélérateur

9 ν τ : le dernier de la famille DONUT 2000 Beam dump : absorption des mesons π, k Production ν τ : désintégration mesons D s

10 Le mystère des neutrinos évanescents les ν solaires Soleil : source pure de υ e 50% du flux attendu est mesuré sur terre SNO (Canada) photo du soleil avec des neutrinos

11 photo du soleil avec des neutrinos Le mystère des neutrinos évanescents Les ν atmosphériques R = N(ν μ ) / N(ν e ) R production 2 R mesuré / R production excès de ν e ? - disparition de ν μ ?

12 Les couleurs comme les particules sont représentées par des ondes jaune orange Les Oscillations des Neutrinos

13 How m results in oscillation interactions: weak e.s. ( e,, Mixed eigen-states propagation : mass e.s. ( 1, 2, 3 ) Quantum Mechanics weak mass weak M.C. Escher, Metamorphose III ( ), part of a long baseline xylograph (19 cm x 680 cm) 1, 2, 3 different propagation of i waves different i mixture at detector not only at detector ! p production detected, although was produced ! m 2 ij visible weak mass invisible baseline L P.Strolin

14 Le formalisme des oscillations des ν P disparition = sin 2 2θ sin 2 (1.27 Δm 2 L/E ν ) L osc max =.618 E ν (MeV)/Δm 2 (eV 2 ) ν atmosphériques - réacteurs L ~ 1 km - accélérateurs L ~ 1000 km Stratégie définie en ~1990 ν solaires SuperK, SNO, BOREXINO ν atmosphériques SuperK, K2K, CHOOZ ν intérêt cosmologique CERN : Short baseline ……

15 Motivation : anomalie des ν atmosphériques Site idéal 2 réacteurs de puissance en construction ( démarrage prévu : 1996 ) site souterrain d = 1km Été 1992 : choix du site lettre dintention concept du détecteur Équipe de projet PCC/CdF: H. de Kerret, D. Marchand LAPP: Y. Déclais, A. Oriboni

16 La Collaboration Institutions : France : LAPP,Collège de France Russie : Institut Kurchatov, Moscou US : Philadelphie, Albuquerque,Irvine Italie : Pise, Trieste Soutien : IN2P3, INFN, DoE : 10 MF EDF : ~ 8 MF Conseil Général des Ardennes 1993 : Proposition dexpérience Collaboration Montage financier

17 Quel chantier ! 1 er semestre : dossier technique autorisation DRIRE et DCSIN

18 Les réacteurs nucléaires Comparaison des spectres dénergie Comparaison du flux total 1.4 % Spectre dénergie des neutrinos σ Flux produit Flux détecté Source de ν e intense : ν / Gw th / sec pure : désintégration β dans les fragments de fission basse énergie : L/E ν favorable aux petits Δm 2 _

19 Concept du Détecteur Volume fiduciel capture neutron sur Gd Détection du ν e désintégration β inverse ν e p e + + n seuil de la réaction : 1.8 MeV signature : coïncidence retardée signal e + et signal capture neutron cible : H (hydrocarbure) capture neutron : - Hydrogène : n p d γ (2.2 MeV) - Gadolinium : désexcitation Gd * Σ E γ (8 MeV) Bruit de fond corrélé : neutrons rapides réactions de spallation avec les μ cosmiques accidentel : - radioactivité naturelle des matériaux - réactions α n dans les roches (et production de γ par capture neutron) _ _

20 Bruit de fond : quelques éléments comparatifs evts / m 3 /jour distance fond signal S/B Bugey I 13.7 m 262. Bugey II 15. m Bugey III 15. m CHOOZ m

21 Vue éclatée du détecteur Automne 1995

22 Montage des Photomultiplicateurs Zone externe Veto Cosmique Automne 1995

23 Hall avant linstallation du blindage dacier Cuve du détecteur dans son puits Salle délectronique Hiver 1995

24 Lusine de préparation du scintillateur liquide (150 m 3) Février 1996

25 Performances du détecteur Réponse à une source ponctuelle de neutrons Énergie de capture Reconstruction de la position de la source Energie de capture reconstruite dans toute la cible pour lensemble des évènements ν e Capture sur HCapture sur Gd _

26 La sélection des évènements Signal prompt : e + Signal retardé : capture neutron Critères : distance des PMTs > 30cm temps de capture < 100 μsec

27 Le signal ν R= % (stat) 2.7% (syst) Corrélation avec la puissance des réacteurs Bruit de fond (P=0) : evts/jour Signal (P=8.4 Gwth) : evts/jour 1997

28 Linterprétation des résultats Probabilité ν e ν x 10% eV eV eV 2 Kamiokande _

29 1998: la preuve des oscillations υ e /υ μ varie selon la direction dobservation, donc selon la distance à la source scénario préferré ν μ ν τ SuperKamiokande

30 Soleil : source pure de υ e 50% du flux attendu est mesuré sur terre Les neutrinos détectés sont mélangés entre les 3 saveurs SNO (Canada) 2001 : la clé du puzzle des ν solaires Diffusion sur e - tous les neutrinos Capture sur Deutérium Courant chargé Uniquement ν e FLUX mesuré

31 la suite ….. Consolider les résultats : neutrinos solaires : - KamLAND BOREXINO 2003 …. neutrinos atmosphériques : - expériences à longue distance sur accélérateurs K2K : KEK SuperK (en cours) FermiLab Soudan (US) 2005 CERN Gran Sasso 2005 Disparition ν μ Mesure Δm 2 Apparition ν τ OPERA

32 ~ 10 m supermodule Détecteur briques module brique 8 cm (10X 0 )

33 Étudier la matrice de mélange (matrice MNS) Moyens faisceaux intenses (protons, ions radioactifs) usine à neutrino (anneau de stockage de muons) Objectifs : mesurer Θ CHOOZ mesurer les effets de la violation de CP et CPT Asymétrie matière – antimatière ? Θ CHOOZ

34 Comprendre la hiérarchie des masses Le LHC et la Supersymétrie ? Place aux jeunes …..

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