Discrimination des événements avec la double détection énergie d’ionisation et

. Les valeurs en

et correspondent aux bornes supérieures utilisées pour les calculs d’efficacité.

baryonique consistent en la détection d’événements rares. De ce fait, les coupures doivent être choisies

pour conserver 100% du signal. Le jeu de coupures choisi pour des pressions de 1 à 3 bar est présenté

dans le tableau 7.2.

7.3.6 Discrimination des événements avec la double détection énergie d’ionisation et

trace

Une étude prospective basée sur une simulation Monte Carlo Geant4/SRIM a été réalisée pour

illustrer la séparation des événements de reculs électroniques grâce à la double détection de l’énergie

déposée dans la voie ionisation et de la reconstruction tridimensionnelle de la trace des particules de

re-cul. Cette simulation n’est pas basée sur les observables

)

et

1

définis précédemment. Ces dernières

associées à la mesure de l’énergie déposée dans la voie ionisation et au nombre de chambres touchées,

seront utilisés pour l’étude de la réjection des bruits de fond physiques effectuée dans le chapitre 8. La

simulation réalisée dans ce paragraphe ne montre que le potentiel intrinsèque d’un détecteur présentant

la double détection : énergie d’ionisation et trace, et n’inclut pas la reconstrution de la trace à partir des

observables

)

et

1

.

Des électrons et des noyaux d’

sont générés isotropiquement avec des énergies tirées aléatoirement

entre 0.6 et 6 keV. Le parcours et l’énergie sont alors enregistrés pour chaque événement, ces deux

pramètres constituant le couple de variables discriminantes. La figure 7.11 présente les distributions

si-mulées des reculs électroniques (points noirs) et nucléaires (points rouges) dans le plan parcours (en mm)

en fonction de l’énergie (en keV) pour des pressions de 1 à 3 bar. Les points caractérisant les électrons

sont plus dispersés que ceux des . La discrimination entre ces deux types d’événements se détériore

avec l’augmentation de la pression et la diminution de l’énergie des particules incidentes.

(keV)

R

E

1 2 3 4 5 6 R (mm) 0 1 2 3 4 5 6 1 bar

-e

He

3

(keV)

R

E

1 2 3 4 5 6 R (mm) 0 1 2 3 4 5 6 2 bar

-e

He

3

(keV)

R

E

1 2 3 4 5 6 R (mm) 0 1 2 3 4 5 6 3 bar

-e

He

3

FIG. 7.11 – Discrimination des reculs électroniques (points noirs) par rapport aux reculs nucléaires (points

rouges) dans le plan parcours (mm) en fonction de l’énergie du recul (keV). Les points sont obtenus par simu-lation Monte Carlo. La répartition des deux popusimu-lations montrent le pouvoir de discrimination intrinsèque de la double détection de l’énergie d’ionisation et de la trace.

L’étude menée dans ce chapitre a permis de démontrer la capacité de MIMAC-He3 de discriminer

les reculs électroniques par rapport aux reculs nucléaires par la détection conjointe de l’énergie libérée

dans la voie ionisation et à la projection bidimensionnelle de leur trace associée au temps de collection

de charges. Cette méthode de réjection basée sur la mesure des observables suivantes :

l’énergie déposée dans la voie ionisation,

le rapport

)

,

et le temps de collection de charges

1

,

associée au nombre de modules touchés de MIMAC-He3 va être appliquée dans le chapitre suivant aux

événements secondaires (électron/

) engendrés par les différents bruits de fond physiques à la

détec-tion de matière sombre non-baryonique : les muons cosmiques, les neutrons et les rayons provenant de

la radioactivité naturelle.

Simulation du pouvoir de réjection du

bruit de fond de MIMAC-He3

Sommaire

7.1 La chambre à ionisation à , module élémentaire de MIMAC-He3 . . . 142 7.2 Atouts d’une "micro-tpc" pour la recherche de matière sombre non-baryonique . 147 7.3 Double détection : énergie d’ionisation et projection de traces . . . 148

Ce chapitre présente les potentialités du détecteur MIMAC-He3 pour la réjection des bruits de

fond physiques par rapport à la détection de matière sombre non-baryonique. La discrimination des

événements constituant le bruit de fond est effectuée à l’aide de coupures appliquées sur les observables

définies dans le chapitre précédent : nombre de chambres touchées, énergie d’ionisation, rapport

)

et temps de collection de charges

1

. Après une description de l’environnement de simulation Geant4

utilisé, le pouvoir de réjection du détecteur MIMAC-He3 sera calculé pour les muons, les neutrons et

les rayons . A l’aide des flux mesurés pour ces particules dans le laboratoire souterrain de Modane

(LSM), une estimation du taux de faux événements induits par chacun de ces différents bruits de fond

sera effectuée pour le détecteur MIMAC-He3 placé dans ce laboratoire.

8.1 Utilisation de l’environnement Geant4 dans le cadre du projet

MIMAC-He3

8.1.1 Présentation

L’utilisation de simulations Geant4 [139] dans le cadre du projet MIMAC-He3 est légitimée par

la fiabilité des algorithmes Monte Carlo en physique des particules. Geant4 est un environnement de

160 8.2 Simulation de la réponse de MIMAC-He3 aux bruits de fond physiques

simulation dédié à l’interaction des particules dans la matière. Il permet de simuler la réponse des

détec-teurs au passage des particules interagissant dans les matériaux. Il fait partie d’une nouvelle génération

d’environnements de simulation basée sur un langage de programmation orienté objet, le C++. Outre les

avantages reconnus du C++, il permet de satisfaire aux exigences suivantes :

1. lisibilité des codes sources,

2. possibilité d’ajout de modules sans perturber l’architecture de base,

3. amélioration de la description des processus physiques notamment à basses énergies

En dehors des spécificités d’un outil comme Geant4, un effort considérable a été effectué pour les

mo-dules de définition de la géométrie des détecteurs, des matériaux utilisés et pour l’écriture des algorithmes

de simulation des processus physiques. Une des particularités de la collaboration Geant4 est d’avoir mis

l’accent sur le développement d’algorithmes permettant un calcul fiable des sections efficaces et des états

finaux de particules pour des interactions électromagnétiques dites de basses énergies. Les seuils "basse

énergie" atteignent 250 eV pour les diffusions Compton et Rayleigh, et l’effet photoélectrique et 10 eV

pour l’ionisation et le Bremsstrahlung. Il permet de décrire et d’optimiser les détecteurs, de développer

et tester les programmes d’analyse, et d’interpréter les données expérimentales. Ses principales

applica-tions sont le transport des particules à travers le dispositif expérimental pour la simulation de la réponse

du détecteur et la représentation de leur trajectoire.

Dans le document Détection directe de Matière Sombre non-baryonique avec l'hélium 3 (Page 159-163)