1956 - 2006 50 ans du LAL 50 ans de Guy Wormser 50 ans de la découverte du neutrino F. Reines et C. Cowan découvrent en 1956 le neutrino auprès d’un réacteur nucléaire Xavier Sarazin 50 ans du LAL 8 et 9 juin 2006

Le neutrino semble bien étrange !?… Seule particule de matière de charge électrique nulle !?!… Propriété cruciale pour Ettore Majorana Une masse très très faible !?!… masse du neutrino < 1/200.000 masse e- N’interagit quasiment pas avec la matière !?!… des milliards de neutrinos traversent la terre, pour quelques uns qui s’y arrêtent ! Bizarre, bizarre, comme c’est étrange…

Découverte des oscillations de neutrinos Fin des années 1970: Davis puis Gallex (Gran Sasso) observent un déficit de neutrino du soleil Kamiokande (1984) puis SuperKamiokande (1998) confirment l’existence d’oscillations - neutrinos du soleil - neutrinos crées dans l’atmosphère par des particules cosmiques SNO (2002): Mesure directe du déficit des n solaires Le neutrino a une masse: 1er signe d’une physique au-delà du Modèle Standard Prix Nobel de physique en 2002 SuperKamiokande: le plus grand détecteur Cerenkov à eau souterrain H=40 m, f = 40 m 11200 PMTs (50 cm) 50.000 tonnes d’eau Fonctionne depuis 1996 Kamiokande initialement prévu pour rechercher la désintégration du proton

Mesure de précision des oscillations de neutrinos Confirmation directe des oscillations n avec des faisceaux de neutrino n solaire: KAMLAND n atm: K2K puis MINOS Nouvelle génération d’expériences: Mesure de précision de la matrice de mélange des neutrinos Similaire à la physique du B et l’étude du mélange des quarks

Question fondamentale: le neutrino est-il identique à son antimatière ? Neutrino de Dirac Neutrino de Majorana n  n n = n ? Existence d’un nouveau type de radioactivité: la double désintégration bb0n ?

Le neutrino est-il sa propre anti-matière ? T1/2 (bb0n)  m-2 > 1023-1025 ans ! n Si Neutrino de Majorana: bb sans émission de neutrino e- nM p bb0n ? e- n p bb2n T1/2 (bb2n)  1019 ans E1+E2

Première indication ? Expérience Heidelberg-Moscou: Prises de données 1990 – 2003 5 cristaux diodes 76Ge enrichies ~ 10 kg, Temps d’exposition ~ 75 kg.an Une partie de la collaboration Heidelberg-Moscow revendique l’observation à 4s d’un signal bb(0n) (NIM A 522 (2004) 371) bb0n bb0n Pulse shape Analysis (reject multi-compton events) Spectre en énergie Zoom à Qbb = 2039 keV Valeur la plus probable: T1/2= 1.2 1025 years, <mn> ~ 0.1 – 1 eV

Depuis 1987 au LAL l’expérience NEMO à la recherche du neutrino de Majorana

Module de NEMO-3 (2000) Anneau cathodique de la cellule de dérivé PM Tube de calibration scintillateurs Feuille mince d’isotope enrichi

Détecteur NEMO-3 lors du montage au LSModane AOUT 2001

Phase II (sans radon) Décembre 2004 - Mars 2006 : 290 jours de données Résultats de NEMO-3 Phase II (sans radon) Décembre 2004 - Mars 2006 : 290 jours de données 100Mo, 7 kg 82Se, 1 kg Phases 1+2 T1/2(bb0n) > 5.8 1023 (90 % C.L.) T1/2(bb0n) > 2.1 1023 (90 % C.L.) T1/2(bb0n) > 2 1024 (90 % C.L.) T1/2(bb0n) > 8 1023 (90 % C.L.) en 2009

Masse d’isotopes enrichis (150Nd, 82Se) De NEMO-3 à SuperNEMO Augmenter d’un facteur 100 la sensibilité du détecteur bb0n Pouvoir observer une durée de vie de quelques 1026 années <mn> ~ 0.05 eV (10 000 000 de fois plus léger que l’électron) Masse d’isotopes enrichis (150Nd, 82Se) ~ 100 – 200 kg Programme de R&D sur 3 ans: Améliorer la Résolution en énergie Bruit de fond: Contraintes sur pureté radioactivité naturelle dix fois plus séveres

Collaboration SuperNEMO ~ 60 physiciens, 11 pays , 27 laboratoires Marocco Fes U. Japan U. Saga KEK U Osaka USA MHC INL U. Texas UK UC London U Manchester IC London Finland U. Jyvaskula Russia JINR Dubna ITEP Mosow Kurchatov Institute Ukraine INR Kiev ISMA Kharkov France CEN Bordeaux IReS Strasbourg LAL ORSAY LPC Caen LSCE Gif/Yvette Slovakia U. Bratislava Spain U. Valencia U. Zarogoza U. Barcelona Czech Charles U. Praha IEAP Praha

Schéma du détecteur dans son blindage 2009-2010: construction 1er module 2010: mise en route 1er module qualification du bruit de fond 2010 – 201N: construction des autres modules 201N: détecteur complet 5,7 m 13 m Canfranc Modane (nouvelle cavité) Blindage : Eau  et neutron Feuille source ~ 2 000 tonnes d’eau pour 20 modules

Recherche de la bb dans le monde Activité de recherche en pleine expansion Quatres projets majeurs dans le monde SuperNEMO (82Se, 150Nd ou autres…) GERDA (76Ge) diodes semiconducteur Ge CUORE (130Te) : cristaux très basse température ~ zéro absolu EXO (136Xe) TPC + détection fluorescence du noyaux fils Ba+ 1ers résultats attendus vers 2015

Avenir plus lointain 2020-2025 Après les « Super », les « HYPER » : extrapoler des détecteurs Cerenkov souterrains semblables à SuperKamiokande 70m 20m 2x (48m x 54m x 250m) Hyper Kamiokande UNO Argon Liquide LENA: Scintillateur Liquide

Un grand laboratoire à Modane pour MEMPHYS ? Tunnel de Sécurité (8 m) décidé le 21 avril 2006 par la Commission Inter-Gouvernementale Franco-Italienne MEgaton Mass PHYSics = 12 x SuperKamiokande 65m SK 80m Résultat d’une étude préliminaire par la Société SETEC (constructeur du tunnel)

Potentiel de découverte MEMPHYS ? Désintégration du proton p  e+ 0 SuperKamiokande > 5.7 1033 années MEMPHYS 10 ans de données > 1035 années Mesure de précision du mélange des neutrinos Distance CERN – Modane ideale pour maximum de l’oscillation Mais aussi: Observatoire de neutrinos des explosions de SuperNovae géothermiques Mesure des neutrinos

Conclusion Recherche du neutrino de Majorana Violation du nombre leptonique L Recherche de la désintégration du proton Violation du nombre baryonique B Les deux prédictions des Théories de Grande Unification Potentiel de découvertes fondamentales Xavier Sarazin 50 ans du LAL 8 et 9 juin 2006

Backup

Effective mass <mn> (eV) Klapdor “signal” (0.4 eV) Limites 2001 (Ge) Normal hirearchy Sensibilité en 2009 NEMO 3 CUORICINO Degenerate Inverse hierarchy 10 ans de données SuperNEMO Et autres projets Effective mass <mn> (eV)

D’où vient le neutrino ? b  e- n Radioactivité b p Spectre continu : Première observation expérimentale en 1956 (F. Reines et C. Cowan) n p b  e- Radioactivité b Spectre continu : énergie non conservée ? Raie d’énergie attendue Spectre continu observé ! Pauli “invente” le neutrino (1930) Xavier Sarazin 50 ans du LAL 8 et 9 juin 2006