6.5 Conclusions sur le projet MACHe3
6.5.2 Insuffisances de MACHe3
associée au flux de rayons cosmiques
a induit un empilement important dans les cellules. Pour améliorer la caractérisation de ce détecteur, une
série de mesures pourrait être effectuée en milieu souterrain, ce qui impliquerait une diminution du bruit
de fond ambiant dû à la radioactivité naturelle et au rayonnement cosmique. D’autre part, l’étalonnage de
ce détecteur est extrêmement délicat. L’utilisation de la source de
a montré la possibilité de détecter
des raies d’électrons de conversion dans la plage en énergie du keV. Cependant, le grand nombre de raies
dans la plage
keV dû aux électrons de conversion des couches K, L et M, et aux électrons Auger,
a compliqué la caractérisation de la résolution en énergie de ces raies. Il est important d’avoir à l’esprit
qu’un étalonnage à l’aide de sources de photons est inadaptée avec un détecteur à
étant donnée la très
faible section efficace photoélectrique des photons X et dans l’
. Le développement de la source de
a donc été un point clé. De plus, la plage en énergie à étalonner étant du keV, ceci implique que les
sources soient placées à l’intérieur des cellules bolométriques. D’autre part, un étalonnage pour les reculs
nucléaires serait nécessaire dans la plage en énergie du keV. Ceci impliquerait de pouvoir introduire une
source de noyaux d’ à l’interieur des cellules.
Une mesure de la scintillation produite par les électrons et les dans la plage en énergie du keV
serait à effectuer. Ceci pourrait, par exemple, être réalisé par l’intermédiaire de SQUID localisé autour
des cellules, qui permettraient d’avoir accès à l’augmentation de température des parois de cuivre. En
effet, la production de photons UV étant différente dans le cas d’électrons et de noyaux d’
de même
énergie, la mesure de la variation de la température des parois de cuivre due à l’absorption des photons
UV, permettrait de discriminer ces deux types d’événements.
6.5.2 Insuffisances de MACHe3
Le premier prototype multicellulaire de MACHe3 a permis de valider les propriétés privilégiées
de l’
. Néanmoins, le projet MACHe3 souffre d’insuffisances intrinsèques listées ci-après :
1. L’absence de discrimination entre les reculs nucléaire et électronique.
Le seul signal obtenu est de type bolométrique. Il permet d’avoir accès à l’énergie déposée dans
la cellule quelque soit le type d’événement. MACHe3 est dans l’impossibilité de déterminer la
nature de l’événement de recul lié au dépôt d’énergie. Il ne peut séparer un recul électronique
provenant de l’interaction d’un rayon de la radioactivité naturelle d’un recul nucléaire induit par
l’interaction d’un neutron ou d’un WIMP.
2. Le seuil en énergie de l’ordre du keV est fortement lié à la taille de la cellule bolométrique
uti-lisée. L’énergie contenue dans la cellule augmente d’autant plus avec la taille des cellules. Ceci
implique que la ligne de base est à une largeur en fréquence plus importante, ce qui conduit
in-évitablement à une perte de sensibilité pour les basses énergies. D’autre part, l’augmentation de la
taille des cellules conduirait inévitablement à celle du taux d’événement dans la cellule et donc à
l’empilement.
138 6.5 Conclusions sur le projet MACHe3
3. Une cryogénie lourde.
L’utilisation d’un détecteur à
superfluide dans cette gamme de température (
100 K) pour
un prototype de masse de
1 kg, est un réel défi technologique.
4. Le temps mort important lié à la technique de détection des dépôts d’énergie.
L’utilisation de l’atténuation de la résonance de fils vibrants pour mesurer les dépôts d’énergie
induit des temps morts importants, de l’ordre de 3 s pour la configuration du prototype utilisé ici.
Ceci implique un taux d’empilement important.
Quelques propriétés privilégiées du noyau d’
pour la détection de matière sombre non-baryonique
ont été mises en relief dans ce chapitre. Un détecteur compétitif doit cependant permettre la
discrimi-nation entre les reculs nucléaires et les reculs électroniques. L’objet du chapitre suivant est de montrer
qu’un détecteur à
gazeux comme MIMAC-He3, ayant accès à l’énergie d’ionisation et à la
projec-tion de traces des événements de recul à l’aide d’anodes pixellisées, permet d’obtenir la discriminaprojec-tion
recul élctronique/recul nucléaire qui est cruciale pour la détection de matière sombre non-baryonique.
Le projet MIMAC-He3
Introduction au projet MIMAC-He3
Sommaire
6.1 Détection des neutrons . . . 122 6.2 Détection des muons cosmiques . . . 123 6.3 Détection des électrons de basse énergie de la source de
. . . 128 6.4 Coïncidences entre les cellules . . . 134 6.5 Conclusions sur le projet MACHe3 . . . 136
Grâce aux résultats expérimentaux encourageants permettant de valider certaines propriétés
pri-vilégiées de l’
pour la recherche de matière sombre non-baryonique, le projet MIMAC-He3, une
MAtrice de MIcro-tpc à Helium 3, a été proposé comme évolution à MACHe3, dans le cadre d’une
collaboration entre le LPSC, l’ILL, le CEA-Saclay et le PCC, pour permettre la discrimination entre
les reculs nucléaires et électroniques. Le détecteur consistera en un grand nombre de chambres à
io-nisation type micromegas (ou GEM) remplies d’
gazeux à température ambiante. Chaque module
élémentaire contient une anode pixellisée permettant une projection des traces des événements de
re-cul (électron/
). Dans une première partie, les principales caractéristiques d’une chambre à ionisation
à
gazeux seront présentées ainsi qu’une estimation de ses performances réalisée à l’aide du
pro-gramme de simulation Garfield [147]. La deuxième partie est consacrée aux atouts d’une micro-TPC
pour la recherche de matière sombre non-baryonique. Dans la troisième partie, le principe de
discrimi-nation des reculs électroniques par rapport aux reculs nucléaires utilisé par MIMAC-He3 basé sur la
mesure de l’énergie d’ionisation associée à la projection de la trace et au temps de collection de charges,
est exposé.
142 7.1 La chambre à ionisation à , module élémentaire de MIMAC-He3
7.1 La chambre à ionisation à
, module élémentaire de MIMAC-He3
Dans le document
Détection directe de Matière Sombre non-baryonique avec l'hélium 3
(Page 140-145)