Hawraa Khalife "CROSS and CUPID-Mo: future strategies and new results in bolometric search for 0νββ" (Pôle A2C)

jeudi 21 janv. 2021, 14:30 → 16:30 Europe/Paris

108/1-XX - Grande Salle 108 (IJCLab)

Lien de connexion / Link :

https://ijclab.zoom.us/j/94011545384?pwd=Zi9NU2lXVTBObHduWlpzSjFzcVp1QT09

Meeting ID: 940 1154 5384
Passcode: 132927

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Résumé :

La désintégration double-beta sans émission de neutrino est une transition nucléaire hypothétique et rare (T1/2>10^26 ans). Son observation fournirait de précieuses informations sur la nature des neutrinos. En particulier, cela démontrerait que ceux-ci sont des particules de Majorana et qu’il n’y a pas conservation du nombre de lepton. Cette désintégration peut être étudiée avec des bolomètres dont l’absorbeur contient l’isotope susceptible de se désintégrer, mais la possibilité d’analyser ce processus rare dépend crucialement du niveau de bruit de fond dans la région d’intérêt. Une nouvelle R&D a récemment débuté au sein du projet CROSS (Cryogenic Rare-event Observatory with Surface Sensitivity) visant au développement de bolomètres cryogéniques incluant les isotopes prometteurs 100Mo and 130Te. Ces bolomètres sont capables de discriminer les interactions alpha et beta de surface via l’exploitation des propriétés d’un matériau supraconducteur (film d’Al) ou d’un métal normal (film de Pd) déposé sur les faces du cristal (Li2MoO4 and TeO2). Ces films jouent le rôle de modificateurs de forme pour les impulsions. Les résultats des tests sur des prototypes fabriqués et testés au CSNSM (Orsay, France) ont montré la capacité de films d’Al (de Pd) de quelques um (nm) d’épaisseur déposés à la surface du cristal de discriminer les événements de surface des événements bulk, avec un niveau de réjection compatible avec celui exigé par les expériences finales. Alors que le film d’Al ne peut identifier que les particules alpha de surface, avec des films métalliques normaux, nous avons été capables de séparer également les composantes beta de surface. Ceci constitue une avancée importante dans la technologie bolométrique pour la décroissance double beta qui pourrait atteindre, avec cette technologie, un indice de bruit de fond de l’ordre de 10^-5 événements/(keV kg an). De plus, la présente thèse expose les resultats de l’expérience CUPID-Mo, un démonstrateur de CUPID, une expérience d’une tonne de prochaine génération pour la détection du 0νββ. CUPID-Mo utilise des bolomètres scintillants en Li2MoO4 qui discriminent entre les α et les β/γ, permettant ainsi de rejeter la contribution dominante au bruit de fond (particules alpha). L’expérience a permis d’atteindre une nouvelle limite sur le temps de demi-vie de la désintégration 0νββ dans le 100Mo : T1/2 > 1.4 × 10^24 ans à 90% C.I..

Abstract :

Neutrinoless double-beta decay is a hypothetical rare nuclear transition (T1/2>10^26 y). Its observation would provide an important insight about the nature of neutrinos ascertaining that they are Majorana particles and demonstrating that the lepton number is not conserved. This decay can be investigated with bolometers embedding the double beta decay isotope, the possibility to investigate this rare process is strongly influenced by the background level in the region of interest. A new R&D has recently begun within the CROSS project (Cryogenic Rare-event Observatory with Surface Sensitivity) aiming at the development of bolometric detectors, embedding the promising isotopes 100Mo and 130Te, capable of discriminating surface alpha and beta interactions by exploiting the properties of superconducting material (Al film) or normal metal (Pd film) deposited on the crystal faces (Li2MoO4 and TeO2). These films work as pulse-shape modifiers. The results of the tests on prototypes performed at CSNSM (Orsay, France) showed the capability of a few-µm (nm)-thick Al (Pd) film deposited on the crystal surface to discriminate surface from bulk events, with the required rejection level of the surface background. While Al film can only identify surface alpha particles, with normal-metal films we were able to separate also the beta surface component. This is a breakthrough in bolometric technology for double beta decay that could lead to reach a background index in the range 10^-5 counts/(keV kg yr).  In addition, the thesis covers the CUPID-Mo experiment, a demonstrator of CUPID, the next-generation ton-scale cryogenic 0νββ experiment. CUPID-Mo employs Li2MoO4 scintillating bolometers that allows to discriminate between α and β/γ, thus rejecting the dominant contribution on the background that consists in alpha particle interactions. The experiment achieved a new limit on the half-life of 0νββ decay in 100Mo of T1/2 > 1.4 × 10^24 yr at 90% C.I., the best ever obtained worldwide on this isotope.