Sélections préliminaires

Les évènements présentant une topologie eeγγ sont sélectionnés par application des coupures topologiques de base suivantes, très similaires à celles utilisées dans la section 5.2.1 :

 au moins quatre modules optiques doivent avoir déclenché ;  seules deux traces sont reconstruites dans le trajectographe ;

 chaque trace reconstruite dans le trajectographe doit être associée à un module optique déclenché. L'un des modules associés à ces traces doit avoir franchis le seuil bas (50 keV), l'autre le seuil haut (150 keV) ;

 la courbure de ces traces doit être négative, pour correspondre à un électron,  chaque trace présente un vertex reconstruit sur la feuille source ;

 deux photons gamma ont été identiés et reconstruits selon les critères dénis par le module "GammaClusterizer" : si les temps de déclenchement des modules non associés à une trace sont compatibles avec le temps de propagation d'un photon gamma dans le détecteur, alors un photon est identié et reconstruit.

L'impact de l'application de la coupure supplémentaire sur l'écart entre les vertex reconstruits sur la feuille source sur la sensibilité à la demi-vie du processus ββ2ν∗ est visible sur les gures 5.12-a et 5.12-b. La sensibilité est maximale à partir d'un écart entre les vertex reconstruits inférieur à 50 mm selon l'axe Y (perpendiculaire au plan des feuilles sources) et 80 mm selon l'axe Z (parallèle au plan des feuilles sources), aussi ces deux coupures seront-elles appliquées simultanément.

 a   b 

Figure 5.12  Évolution de la sensibilité du démonstrateur sur la demi-vie du processus ββ2ν∗ en fonction de la coupure appliquée sur l'écart entre les vertex reconstruits sur la feuille source selon l'axe Y (a) et l'axe Z (b).

Les ecacités de sélection des évènements de décroissance ββ2ν∗ et de bruit de fond après application des coupures sont données dans le tableau 5.10, avec ou sans prise en compte des corrections optiques. Les ecacités de sélection des évènements de signal et de bruits de fond sont compatibles aux barres d'erreur près lorsque les corrections optiques sont prises en compte ou pas. Si l'on regarde les spectres en énergie totale Emin

e− + Emax

e− + Emin

γ + Emax

γ (où les indices minet max font référence à l'énergie la plus basse et la plus haute respectivement) normalisés aux activités, avec et sans corrections optiques présentés sur la gure 5.13, on observe que les corrections optiques décalent les spectres vers les basses énergies (eet Birks). Même si cela signie que certains évènements vont se retrouver sous les seuils de déclenchement des modules

CHAPITRE 5. ÉTUDES DE SENSIBILITÉ DU DÉMONSTRATEUR DE SUPERNEMO optiques (200 keV), aucune baisse signicative d'ecacité de sélection lorsque les corrections en énergie sont appliquées n'est a déplorer.

Ecacité de sélection (%) ββ2ν^∗ 208T l 214Bi radon

Sans corrections optiques 0,110 ± 0,006 0,22 ± 0,01 0,108 ± 0,007 0,0051 ± 0,0005 Avec corrections optiques 0,106 ± 0,006 0,23 ± 0,01 0,104 ± 0,007 0,0048 ± 0,0005

Table 5.10  Ecacités de sélection des évènements ββ2ν∗ et de bruit de fond pour Einf>0 avec et sans application des corrections optiques.

Figure 5.13  Spectres en énergie totale des évènements sélectionnés (eeγγ) normalisés à l'activité respective de chaque contribution sans (lignes pleines) et avec (lignes pointillées) application des corrections optiques. Le spectre en énergie de la décroissance ββ2ν∗ (rouge) est normalisé à la valeur maximale de sensibilité obtenue.

La gure 5.14 montre les spectres en énergie somme des électrons (uniquement) sans et avec application des corrections en énergie. L'énergie déposée par les électrons issus de décroissances ββ2ν^∗ est parfois supérieure à l'énergie disponible (1521,5 keV), ce qui s'explique par l'eet de la résolution en énergie des modules optiques. Un décalage de tous les spectres vers les basses énergies est également visible lorsque les corrections otiques sont appliquées pour de faibles dépôts d'énergie. Ce décalage est lié à l'eet Birks qui prédomine à basse énergie et qui diminue l'énergie visible ainsi qu'aux eets de géométrie de la face avant du scintillateur (corrections comprises typiquement entre 0,9 et 1).

La gure 5.15 montre les spectres en énergie somme des photons gamma sans et avec application des corrections optiques. Les corrections élargissent les spectres à haute énergie (E>2,5 MeV, bien visible pour le spectre du thallium). A ces énergies élevées, l'eet Birks est moins important et la correction sur l'énergie devient dominée par la correction géométrique qui est supérieure à 1 pour les photons gamma du fait de leur interaction en profondeur dans le scintillateur. A

CHAPITRE 5. ÉTUDES DE SENSIBILITÉ DU DÉMONSTRATEUR DE SUPERNEMO basse énergie, les corrections sont dominées par l'eet Birks qui décale les spectres vers les basses énergies. A énergie déposée identique, cet eet est plus important pour les photons gamma que pour les électrons à cause des diusions Compton successives créant de multiples électrons avec de faibles dépôts d'énergie (cf chapitre 3.3.3).

Figure 5.14 Spectres en énergie somme des électrons sans (lignes pleines) et avec (lignes pointillées) application des corrections optiques après sélections des évènements.

Figure 5.15  Spectres en énergie somme des photons gamma sans (lignes pleines) et avec (lignes pointillées) application des corrections optiques après sélections des évènements.

CHAPITRE 5. ÉTUDES DE SENSIBILITÉ DU DÉMONSTRATEUR DE SUPERNEMO inférieure Einf et supérieure Esupse fait sur l'énergie totale de l'évènement et permet de calculer la demi-vie optimisée, représentée sur les gures 5.16 et 5.17.

Figure 5.16  Sensibilités obtenues sur la décroissance ββ2ν du 82Se vers l'état excité 2+

2 du 82Kr en fonction des bornes supérieure et inférieure de la ROI sans application des corrections optiques.

Figure 5.17  Sensibilités obtenues sur la décroissance ββ2ν du 82Se vers l'état excité 2+

2 du 82Kr en fonction des bornes supérieure et inférieure de la ROI avec application des corrections optiques.

La demi-vie obtenue sans application des corrections en énergie est T2ν^∗

1/2 > (1,48 ± 0,08).1022ans dans une ROI de [0,3 ; 1,95] MeV. Le nombre d'évènements de bruit de fond

CHAPITRE 5. ÉTUDES DE SENSIBILITÉ DU DÉMONSTRATEUR DE SUPERNEMO attendus dans cette fenêtre est de 10,9 ± 0,8, ce qui correspond à (3,8 ± 0,3).10−4keV−1 kg−1

an−1 (tableau 5.11). Avec les corrections optiques, on obtient T2ν∗

1/2,C > (1,48 ± 0,07).1022ans dans une ROI de [0,6 ; 1,85] MeV avec 10,0 ± 0,8 évènements de bruit de fond dans la ROI, soit (4,6 ± 0,4).10−4keV−1 kg−1 an−1.

ROI (MeV)



(ββ2ν∗) (%) 208T l ²¹⁴Bi radon Sans corrections [0,3 ; 1,95] 0,103 ± 0,005 0,89 ± 0,05 4,0 ± 0,2 6,0 ± 0,5 Avec corrections [0,6 ; 1,85] 0,098 ± 0,005 0,83 ± 0,05 3,7 ± 0,2 5,4 ± 0,5

Table 5.11  Ecacité de sélection des évènements ββ2ν∗ et nombre d'évènements de bruit de fond attendus dans la ROI optimisée avec et sans application des corrections en énergie.

Dans le document Recherche de la nature du neutrino via la décroissance double bêta sans émission de neutrinos : Caractérisation et optimisation du calorimètre SuperNEMO et impact sur la recherche de la décroissance du 82Se : Développement du premier prototype LiquidO (Page 164-168)