Thèse Recherche de la Double Désintégration Bêta avec le Démonstrateur Supernemo H/F

Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
Direction de la thèse : Laurent SIMARD ORCID 0000000294321141
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-15T23:59:59

Le démonstrateur SuperNEMO, situé au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM), a récemment démarré sa prise de données. Il a pour but la recherche de la double désintégration bêta sans émission de neutrinos du Sélénium 82 (bb0n). L'observation de cette désintégration, non prédite par le Modèle Standard,prouvait la nature Majorana du neutrino, à savoir qu'il serait identique à son antiparticule. Cela pourrait également expliquer les faibles masses des neutrinos via le mécanisme de see-saw et l'asymétrie matière-antimatière observée actuellement via la leptogénèse.L'originalité de la détection par SuperNEMO est la combinaison d'un détecteur de traces qui permet de mesurer la trajectoire des électrons et d'un calorimètre qui mesure leurs énergies et temps d'arrivée.
Le processus hypothétique bb0n est très rare, donc une première partie de la thèse consistera à mesurer les bruits de fond, qui proviennent des contaminations du détecteur (source émettrice, gaz du détecteur de traces, photomultiplicateurs, ...) en de faibles quantités d'isotopes des chaînes de la radioactivité naturelle (Bismuth 214, Thallium 208, Radon 222) ainsi que la double bêta avec émission de deux neutrinos (bb2n), permise dans le cadre du Modèle Standard. Dans la deuxième partie de la thèse, le doctorant recherchera le processus bb0n et caractérisera précisément le spectre de la bb2n, dont les déviations par rapport au spectre attendu donnent des contraintes sur le Majoron, l'invariance de Lorentz et le neutrino bosonique. Cette mesure précise pourra également contraindre les éléments matrice, qui sont à l'origine d'une source importante dans la double bêta.

Plusieurs expériences sont en prise de données ou bien en préparation de prises de données. Dans plusieurs expériences, la sourcecoïncide avec le détecteur, ce qui permet d'avoir un détecteur compact et une excellente résolution en énergie. Ainsi GERDA et CUOREont obtenu d'excellentes contraintes sur la bb0n du 76Ge et du 130Te, avec des semi-conducteurs et des bolomètres.
Une autre expérience, Kamland-Zen, utilise un détecteur déjà existant pour dissoudre une poudre de 136Xe enrichie, et a actuellement la meilleure contrainte mondiale sur le neutrino de Majorana.
La technique de détection de SuperNEMO, reste cependant nécessaire pour confirmer de manière non-ambigue un possible signal debb0n, en caractérisant complètement la topologie.

L'objectif de la thèse est de contraindre certains paramètres, tels que la masse effective du neutrino de Majorana, les courants droits, leMajoron, la violation de Lorentz et le neutrino bosonique.

Les simulations utilisées sont celles de la collaboration SuperNEMO et les programmes d'analyse sont développés à partir des outils de la collaboration.
La mesure des bruits de fond se fait dans d'autres canaux pour lesquels une statistique plus importante est attendue, telle que le canal1 électron et 2 gammas pour la mesure du 208Tl, le canal à 1 électron 1 alpha et (N) gammas pour le 222Rn et le 214Bi.
Utilisation d'outils d'intelligence artificielle de ROOT pour améliorer la discrimination.