Méthode d'analyse pour la recherche de la double désintégration bêta sans émission de neutrinos dans l'expérience NEMO3. Etude du bruit de fond et premiers résultats.
Résumé
The NEMO3 detector, installed in the Fréjus Underground Laboratory, is dedicated to the study of neutrinoless double beta decay: the observation of this process would sign the massive and Majorana nature of neutrino. The experiment consists in very thin central source foils (the total mass is equal to 10 kg), a tracking detector made of drift cells operating in Geiger mode, a calorimeter made of plastic scintillators associated to photomultipliers, a coil producing a 30 gauss magnetic field and two shields, dedicated to the reduction of the g-ray and neutron fluxes. In the first part, I describe the implications of several mechanisms, related to trilinear R-parity violation, on bb0n. The second part is dedicated to a detailed study of the tracking detector of the experiment: after a description of the different working tests, I present the determination of the characteristics of the tracking reconstruction (transverse and longitudinal resolution, by Geiger cell and precision on vertex determination, charge recognition). A last part corresponds to the analysis of the data taken by the experiment. On the one hand, an upper limit on the 208Tl activity of the sources has been determined: it is lower than 68 mBq/kg, at 90% of confidence level. On the other hand, I have developed and tested on these data a method in order to analyse the neutrinoless double beta decay signal; this method is based on a maximum of likelihood using all the available information. Using this method, I could determine a first and very preliminary upper limit on the effective mass of the neutrino.
Le détecteur NEMO3, installé dans le Laboratoire Souterrain de Modane, a pour but l'étude de la double désintégration bêta sans émission de neutrinos, processus dont l'observation permettrait d'affirmer que le neutrino est une particule massive de Majorana. Ce détecteur est composé de feuilles sources, très fines, centrales, d'émetteur double bêta, représentant un total de 10 kg, d'un détecteur de traces constitué de cellules de dérive fonctionnant en régime Geiger, d'un calorimètre formé de scintillateurs plastiques associés à des photomultiplicateurs, d'une bobine fournissant un champ magnétique de 30 gauss et de deux blindages permettant de réduire les flux de neutrons et de photons. Dans la première partie de cette thèse, je décris les liens unissant certains mécanismes s'inscrivant dans le cadre d'une violation trilinéaire de la R-parité à la double désintégration bêta. La seconde partie, expérimentale, est dédiée à l'étude détaillée du détecteur de traces de l'expérience : après avoir décrit les différents tests de fonctionnement, je présente la détermination des caractéristiques de la reconstruction des traces traversant le détecteur (résolutions transverse et longitudinale, par cellule Geiger et précisions sur la détermination du vertex, reconnaissance de la charge). Une dernière partie correspond à l'analyse des données acquises par l'expérience. Une limite supérieure sur l'activité des sources en 208Tl, l'une des principales sources de bruit de fond, a ainsi pu être déterminée : elle est inférieure à 68 mBq/kg à 90% de niveau de confiance. Par ailleurs, j'ai mis au point et testé sur les données une méthode d'analyse du signal de double désintégration bêta sans émission de neutrinos, basée sur un maximum de vraisemblance utilisant toute l'information disponible : cela m'a permis de déterminer une première limite supérieure, très préliminaire, sur la masse effective du neutrino.