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Khalife, Hawraa
Universite Paris-Saclay, Ecole doctorale no. 576, Particules, Hadrons, Energie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation - Pheniics, Espace Technologique, Immeuble Discovery, Route de l'Orme aux Merisiers RD 128, 91190 Saint-Aubin (France); Faculte des Sciences d'Orsay, IJCLab, 91405, Orsay (France)2021
Universite Paris-Saclay, Ecole doctorale no. 576, Particules, Hadrons, Energie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation - Pheniics, Espace Technologique, Immeuble Discovery, Route de l'Orme aux Merisiers RD 128, 91190 Saint-Aubin (France); Faculte des Sciences d'Orsay, IJCLab, 91405, Orsay (France)2021
AbstractAbstract
[en] Neutrinoless double-beta decay is a hypothetical rare nuclear transition (T1/2>1026 yr). 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 research and development program 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 α and β 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 α particles, with normal-metal films we were able to separate also the β 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 α particle interactions. The experiment achieved a new limit on the half-life of 0νββ decay in 100Mo of T1/2 > 1.5 x 1024 yr at 90% C.I., the best ever obtained worldwide on this isotope. (author)
[fr]
La desintegration double-beta sans emission de neutrino est une transition nucleaire hypothetique et rare (T1/2>1026 ans). Son observation fournirait de precieuses informations sur la nature des neutrinos. En particulier, cela demontrerait que ceux-ci sont des particules de Majorana et qu'il n'y a pas conservation du nombre de lepton. Cette desintegration peut etre etudiee avec des bolometres dont l'absorbeur contient l'isotope susceptible de se desintegrer, mais la possibilite d'analyser ce processus rare depend crucialement du niveau de bruit de fond dans la region d'interet. Une nouvelle R et D a recemment debute au sein du projet CROSS (Cryogenic Rare-event Observatory with Surface Sensitivity) visant au developpement de bolometres cryogeniques incluant les isotopes prometteurs 100Mo and 130Te. Ces bolometres sont capables de discriminer les interactions α et β de surface via l'exploitation des proprietes d'un materiau supraconducteur (film d'Al) ou d'un metal normal (film de Pd) depose sur les faces du cristal (Li2MoO4 and TeO2). Ces films jouent le role de modificateurs de forme pour les impulsions. Les resultats des tests sur des prototypes fabriques et testes au CSNSM (Orsay, France) ont montre la capacite de films d'Al (de Pd) de quelques μm (nm) d'epaisseur deposes a la surface du cristal de discriminer les evenements de surface des evenements bulk, avec un niveau de rejection compatible avec celui exige par les experiences finales. Alors que le film d'Al ne peut identifier que les particules α de surface, avec des films metalliques normaux, nous avons ete capables de separer egalement les composantes β de surface. Ceci constitue une avancee importante dans la technologie bolometrique pour la decroissance double beta qui pourrait atteindre, avec cette technologie, un indice de bruit de fond de l'ordre de 10-5 evenements/(keV kg an). De plus, la presente these expose les resultats de l'experience CUPID-Mo, un demonstrateur de CUPID, une experience d'une tonne de prochaine generation pour la detection du 0νββ. CUPID-Mo utilise des bolometres scintillants en Li2MoO4 qui discriminent entre les α et les β/γ, permettant ainsi de rejeter la contribution dominante au bruit de fond (particules α). L'experience a permis d'atteindre une nouvelle limite sur le temps de demi-vie de la desintegration 0νββ dans le 100Mo: T1/2 > 1.5 x 1024 ans a 90% C.I.. (auteur)Original Title
CROSS et CUPID-Mo: strategies futures et nouveaux resultats dans la quete bolometrique du 0νββ
Primary Subject
Source
21 Jan 2021; 156 p; 127 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat de l'universite Paris-Saclay, Specialite: astroparticules et cosmologie
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ALKALI METAL COMPOUNDS, BETA DECAY, BETA-MINUS DECAY, CHALCOGENIDES, DATA PROCESSING, DECAY, DOUBLE BETA DECAY, ELEMENTARY PARTICLES, EVEN-EVEN NUCLEI, FERMIONS, IDENTIFICATION SYSTEMS, INTERMEDIATE MASS NUCLEI, ISOTOPES, LEPTONS, MASSLESS PARTICLES, MEASURING INSTRUMENTS, MOLYBDENUM COMPOUNDS, MOLYBDENUM ISOTOPES, NUCLEAR DECAY, NUCLEI, OXIDES, OXYGEN COMPOUNDS, PROCESSING, RADIATIONS, REFRACTORY METAL COMPOUNDS, STABLE ISOTOPES, TELLURIUM COMPOUNDS, TELLURIUM ISOTOPES, TRANSITION ELEMENT COMPOUNDS
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