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Détection des neutrinos solaires avec Borexino Projet de détection - APC Bongrand Mathieu Rotival Vincent Plan : • Neutrinos solaires et le détecteur Borexino.

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1 Détection des neutrinos solaires avec Borexino Projet de détection - APC Bongrand Mathieu Rotival Vincent Plan : • Neutrinos solaires et le détecteur Borexino • Contraintes techniques et bruit de fond • Acquisition et reconstruction • Rejet de bruit de fond Master 2 Physique Fondamentale et Appliquée Spécialité NPAC

2 Principe de détection On détecte les neutrinos solaires par diffusion élastique : Dans Borexino on s’intéresse plus particulièrement à la raie du 7 Be : 862 MeV « Front Compton » mesuré v + e - → v + e - L’électron de recul est détecté par scintillation. Borexino

3 Le détecteur Borexino Scintillateur : PC + PPO 300 t / 100 t fiduciel 2 sphères de nylon séparent les différentes zones : Le détecteur est situé dans le Laboratoire Souterrain du Gran-Sasso (LNGS) • une pour le radon Rn • une pour séparer le buffer et le scintillateur Buffer = PC + DMP eau PM intérieurs 200 PM veto Un détecteur en temps réel qui devrait être rempli l’an prochain 13.7 m

4 Bruit de fond de l’expérience • photons (effet Compton) Borexino fait partie des expériences d’événements rare, un soin tout particulier doit donc être apporté aux bruits de fond Blindages (acier et eau), buffer et fiduciel réduit + Des contraintes de radiopureté très fortes ont été imposées La plus grande difficulté pour Borexino est la purification du scintillateur et sa stabilité + veto muons • rayons cosmiques • radioactivité du scintillateur 14 C, impuretés • neutrons émis par la roche • radon • radioactivité des matériaux 238 U, 232 Th et 40 K Impose le seuil de détection

5 Counting Test Facility (CTF) Afin d’étudier la faisabilité technique de l’expérience un prototype a été construit. Il a commencé à fonctionner en 1996 et a déjà effectué plusieurs runs. • 5 t de scintillateur • 100 PM intérieurs • 16 PM veto Il est également situé dans le LNGS Il servira désormais à tester la pureté du scintillateur pour le remplissage de Borexino. CTF a démontré la faisabilité technique d’une telle purification du PC. Un système de purification en ligne permet d’assurer la stabilité de la pureté du scintillateur.

6 Principe d’acquisition La mesure de la raie du Béryllium est possible par la détermination du spectre en énergie de l’électron de recul 1843 photomultiplicateurs permettent de détecter les photons de scintillation produits par le parcours de cet électron de recul dans le volume cible Couverture en angle solide : 50% du volume cible grâce à des collecteurs de lumière Un système d’acquisition VME Flash-ADC permet alors : •D’assurer un système de déclenchement online, basé sur le nombre de PMT illuminés dans une fenêtre de coïncidence (50 ns) •La numérisation des signaux de chaque PMT, avec une résolution temporelle de 200 ps

7 Principe de la reconstruction d’évènements Au passage d’un électron dans le volume cible, l’électronique d’acquisition enregistre les informations lues par chaque PMT Ces informations sont représentées dans l’espace (θ,φ,δ t ) Le vertex de diffusion est alors reconstruit par méthode du maximum likehood Une lookup table (N PMT,r) permet alors d’obtenir l’énergie de l’électron Obtenue par des simulations En tenant compte : •De la diffusion de la lumière dans le milieu, sa réfraction et réflexion… •De la couverture des PMT et leur efficacité quantique •… Permet le calcul de la résolution expérimentale en énergie

8 Le véto muons Les muons cosmiques constituent le bruit de fond majoritaire dans Borexino Environ Hz (CTF) Deux méthodes de réjection des évènements muons 1- Trigger online, qui utilise l’enceinte de blindage d’eau qui entoure le détecteur 208 PMT tournés vers l’extérieur détectent la lumière Čerenkov émise par un muon cosmique Le système d’acquisition est inhibé en cas de détection d’un évènement Čerenkov Efficacité de 99,99% 2- Trigger offline, qui utilise les propriétés du rayonnement Čerenkov Pattern différent pour des évènements Čerenkov et des électrons Une reconnaissance de forme permet une réjection supplémentaire μe-e- μe-e-

9 Rejet des évènements α Repose sur l’existence d’une composante à temps long dans la réponse du scintillateur pour les évènements α Introduction d’un paramètre discriminant : le rapport charge avant sur charge totale Le paramètre t th optimal est déterminé par des simulations pour assurer une discrimination maximale Efficacité de discrimination de 99.85%

10 Conclusion • Nous avons vu le soin apporté à la réalisation de l’expérience • Les systèmes d’acquisition et de reconstruction • Un grande connaissance des bruits de fond réduis au maximum • Des méthodes de rejet qui permettent de réduire les bruits de fond • CTF a démontré la faisabilité technique de Borexino • Le remplissage de Borexino est en cours d’autorisation


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