Recherche de WIMPs par l'expérience EDELWEISS: caractérisation des détecteurs et analyse des données
Résumé
WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) could be one of the main components of Dark Matter, and thus represent a large part of the total Universe mass. They would be present at the galactic scale under the form of a halo.
Several experiments aim to detect WIMPs from our Galactic halo directly through their interactions in a target detector. Among these experiments, EDELWEISS has developed detectors called bolometers, based on the measurement of phonons produced by an energy deposit inside an absorber thermalized at very low temperature (around 10 mK). Charges created by the energy deposit are also collected in the EDELWEISS detectors. This double measurement allows a rejection of a large part of the background events associated with electronic interactions.
We present in this thesis the analysis of the data recorded with the first 320 grams bolometer used by the EDELWEISS collaboration.
We develop in particular a method allowing a determination of the fiducial mass of the detector. This method is based on a model for the charge collection processes, detector calibrations with 60Co and 252Cf radioactive sources and GEANT simulations of these calibrations.
We also parametrize the discrimination between electronic and nuclear recoils through calibrations with a neutron source, taking into account the bias induced by multiple interactions.
We finally present the analysis of the low-background physics run data for WIMPs search, and set a limit on the WIMP-nucleon diffusion cross-section.
Several experiments aim to detect WIMPs from our Galactic halo directly through their interactions in a target detector. Among these experiments, EDELWEISS has developed detectors called bolometers, based on the measurement of phonons produced by an energy deposit inside an absorber thermalized at very low temperature (around 10 mK). Charges created by the energy deposit are also collected in the EDELWEISS detectors. This double measurement allows a rejection of a large part of the background events associated with electronic interactions.
We present in this thesis the analysis of the data recorded with the first 320 grams bolometer used by the EDELWEISS collaboration.
We develop in particular a method allowing a determination of the fiducial mass of the detector. This method is based on a model for the charge collection processes, detector calibrations with 60Co and 252Cf radioactive sources and GEANT simulations of these calibrations.
We also parametrize the discrimination between electronic and nuclear recoils through calibrations with a neutron source, taking into account the bias induced by multiple interactions.
We finally present the analysis of the low-background physics run data for WIMPs search, and set a limit on the WIMP-nucleon diffusion cross-section.
Les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) pourraient être une des composantes principales de la matière noire, et ainsi représenter une part prédominante de la masse de l'Univers. Ils seraient présents à l'échelle galactique sous la forme d'un halo.
Plusieurs expériences tentent de détecter directement les WIMPs du halo de notre Galaxie en cherchant à mettre en évidence leurs interactions dans un détecteur cible. Parmi celles-ci, l'expérience EDELWEISS utilise la bolométrie, technique de détection à très basses températures (environ 10 mK) des phonons produits par un dépôt d'énergie dans un absorbeur. Les bolomètres utilisés par EDELWEISS associent à la détection des phonons celle des charges créées par le dépôt d'énergie. Cette double détection permet de rejeter une grande partie du bruit de fond associe aux interactions électroniques.
Nous présentons ici l'analyse des données enregistrées avec le premier bolomètre de 320 grammes utilise par la collaboration EDELWEISS.
Nous développons en particulier une méthode permettant de déterminer sa masse efficace de détection. Cette méthode est basée sur la modélisation des processus de collection de charge, des étalonnages du détecteur et avec des sources radioactives de 60Co et 252Cf et des simulations de ces calibrations avec le code GEANT.
Nous caractérisons aussi la discrimination entre interactions électroniques et nucléaires par des étalonnages avec une source de neutrons, en évaluant l'influence des interactions multiples sur cette discrimination.
Nous présentons enfin l'analyse des données de recherche des WIMPs et en déduisons une limite sur la section efficace de diffusion WIMP-nucléon.
Plusieurs expériences tentent de détecter directement les WIMPs du halo de notre Galaxie en cherchant à mettre en évidence leurs interactions dans un détecteur cible. Parmi celles-ci, l'expérience EDELWEISS utilise la bolométrie, technique de détection à très basses températures (environ 10 mK) des phonons produits par un dépôt d'énergie dans un absorbeur. Les bolomètres utilisés par EDELWEISS associent à la détection des phonons celle des charges créées par le dépôt d'énergie. Cette double détection permet de rejeter une grande partie du bruit de fond associe aux interactions électroniques.
Nous présentons ici l'analyse des données enregistrées avec le premier bolomètre de 320 grammes utilise par la collaboration EDELWEISS.
Nous développons en particulier une méthode permettant de déterminer sa masse efficace de détection. Cette méthode est basée sur la modélisation des processus de collection de charge, des étalonnages du détecteur et avec des sources radioactives de 60Co et 252Cf et des simulations de ces calibrations avec le code GEANT.
Nous caractérisons aussi la discrimination entre interactions électroniques et nucléaires par des étalonnages avec une source de neutrons, en évaluant l'influence des interactions multiples sur cette discrimination.
Nous présentons enfin l'analyse des données de recherche des WIMPs et en déduisons une limite sur la section efficace de diffusion WIMP-nucléon.