L’EXPERIENCE DE DESINTEGRATION DOUBLE BETA NEMO 3 La collaboration NEMO CENBG, IN2P3-CNRS et Université de Bordeaux, France CFR, CNRS Gif sur Yvette, France FNSPE, Université de Prague, République tchèque INEEL, Idaho Falls, USA IReS, IN2P3-CNRS et Université de Strasbourg, France ITEP, Moscou, Russie JINR, Dubna, Russie Université Jyvaskyla, Finlande LAL, IN2P3-CNRS et Université Paris-Sud, France LPC, IN2P3-CNRS et Université de Caen, France Mount Holyoke College, USA Université de Saga, Japon Seillac 2002

n =n La désintégration double bêta neutrino de Majorana Flip de l’hélicité neutrino massif Autres explications : courants droits, supersymétrie … Thèses en cours au LAL Anne-Isabelle Etienvre, recherche d’événements double bêta vers le niveau fondamental Ladislav Vala, recherche d’événements double bêta vers le niveau excité

Source : Détecteur de traces: Calorimètre : Blindage : Le détecteur NEMO3 Placé dans le Laboratoire Souterrain de Modane (4800 mwe) Source :  10 kg d’isotopes bb(surface: 20 m2, épaisseur:60 mm pour 100Mo) Détecteur de traces: 6180 cellules de dérive en mode Geiger(Hélium+alcool éthylique) Calorimètre : Calorimètre : 1940 scintillateurs plastique couplés à des PMs basse radioactivité (E)/E à 3 MeV = 3,5 % Blindage : Champ magnétique (30 Gauss) + Blindage fer + blindage neutron (35 cm eau+bois)

Préparation d’un secteur de NEMO3 au Laboratoire Souterrain de Modane

7.2 kg 100Mo 1 kg 82Se 0.4 kg 116Cd 0.6 kg 130Te 1 kg natTe 0.6 kg Cu Les sources dans NEMO3 7.2 kg 100Mo 1 kg 82Se 0.4 kg 116Cd 0.6 kg 130Te 1 kg natTe 0.6 kg Cu bb0n, bb2n bruit de fond 48 g 150Nd 20 g 96Zr 7 g 48Ca bb2n (bb0n)

Bruit de fond pour le signal bb(0n) Dt=0 ns Qbb 100Mo=3.038 MeV Bruit de fond interne Contaminations de la source b- e- Dt=0 ns 214Bi (Qb=3.3 MeV) 208Tl (Qb=5.0 MeV) Dt=0 ns b- b- désintégration bb(2n) g Bruit de fond externe e- Dt=3 ns g Interaction de g « e- traversant » e- produits par des captures de neutrons Dt=0 ns e+ or e- paires e+e- Double Compton Compton + Möller Au laboratoire souterrain de Modane : Flux de neutrons rapides ( 1 MeV): 3.5 ± 1.5 10-6 n.cm-2s-1 Flux de neutrons thermiques (~0.025 eV) : 1.6 ± 0.1 10-6 n.cm-2s-1

Mesure des processus de bdf, dans d’autres canaux: Potentialités du détecteur NEMO3 Identification des particules : e-, e+, g, a Calorimètre e(g)  50 Tracking Distinction entre e et g Trace retardée (a) pendant 700 ms Champ magnétique Distinction entre e- et e+ Temps de vol Rejet du bruit de fond externe Mesure des processus de bdf, dans d’autres canaux: 214Bi Canaux e (g) a avec T1/2 (a) ~ 164 ms (214Bi - 214Po -210Pb ) Canaux e g ’s avec Eg= 2.6 MeV 208Tl ou Taggé par (212Bi - 212Po) le canal e (g) a avec T1/2 (a) ~ 300 ns neutrons «e- traversant» paires e+ e-

Etudes de bruit de fond (exemple du 100Mo) Spécifications du proposal 214Bi 208Tl < 20 mBq/kg < 300 mBq/kg Mesure avec des détecteurs Ge 214Bi < 300 mBq/kg 208Tl < 100 mBq/kg En utilisant le facteur de purification  13 mBq/kg Sensibilité attendue avec NEMO 3 (après 1 an) 214Bi < 3 mBq/kg 208Tl < 3 mBq/kg

Dernières étapes de l’installation de NEMO3 Août 2001 : 20 secteurs montés sur la charpente Automne 2001 : assemblage des 20 secteurs étancheité de la chambre Décembre 2001 : remplissage en He+alcool et mise sous tension de la chambre à fils 1er alignement des gains des PMs Mars 2002 : installation de l’aimant Avril 2002 : 1er étalonnage avec sources (207Bi, 90Sr, 60Co), mesure de bruit de fond externe (source neutron,…) Mai 2002 : installation du blindage fer et des cuves d’eau (blindage neutron) Juin 2002 : Début de la prise de données avec blindage fer

Mise en place du dernier secteur

Sans blindage, avec champ magnétique (30 G) Runs avec les sources Sans blindage, avec champ magnétique (30 G) Détecteur de traces fonctionnement correct de l’ensemble du détecteur (5 cellules éteintes sur 6180) Propagation complète du plasma pour 90% des cellules reconstruction et résolution transverse et longitudinale pour une cellule Geiger s  0,5 mm s  9 mm source neutron - «e- traversant» > 4,5 MeV reconstruction et résolution transverse et longitudinale sur le vertex  ~ 3 mm, // ~ 9 mm source d’étalonnage 207Bi - 2 e- de conversion  1 MeV, 500 keV

étalonnage préliminaire et résolution en énergie Calorimètre étalonnage préliminaire et résolution en énergie 90Sr Qb  2,3 MeV b- à 1 MeV 207Bi g, e- 500 keV, 1 MeV alignement en temps préliminaire source 60Co - 2g en coïncidence

Début des prises de données avec blindage fer et champ magnétique (30 G) Trigger au moins 1 PM touché > 150 keV au moins 1 trace assez longue taux de trigger ~ 3 Hz analyse « simpliste » du 1er run durée : ~13 h (140000 événements) pour le 100Mo : 0,01 kg.an bb2n (1/4 de NEMO-2) : e  8 % radon dans le gaz 0 coup au dessus de 2,6 MeV

Performances obtenues (événements 2 électrons) Temps de vol Courbure des traces

Etude des événements «2 électrons» sélectionnés

T1 = 886 keV T2 = 664 keV T1+ T2 = 1550 keV Qbb (Mo) = 3034 keV Exemple d’événement type bb2n, provenant du Mo T1 = 886 keV T2 = 664 keV T1+ T2 = 1550 keV Qbb (Mo) = 3034 keV

Exemple d’événement de type 214Bi (radon)

Exemple d’événement de type 214Bi, provenant du gas

tests de fonctionnement du détecteur Conclusion Prise de données avec le détecteur quasi-entier (mai 2002) Planning tests de fonctionnement du détecteur run avec source neutron et blindage, pour voir l’effet du blindage fer poursuite des runs de test de bruit de fond (origine du radon, autres bruits de fond…) Mais problème d’interconnection HT PM ?