Peer-reviewed Papers :
- Measurement of a 127 keV Neutron Field with a micro-TPC Spectrometer
D. Maire et al
IEEE TNS/ Special Issue ANIMMA 2013
arXiv:1310.6837 - Development of a microtpc detector as a standard instrument for low energy neutron field characterization
D. Maire et al
Radiat. Prot. Dosimetry 161 (2014) 245
arXiv:1310.5923 - In situ measurement of the electron drift velocity for upcoming directional Dark Matter detectors
J. Billar et al
JINST 9 (2014) P01013
arXiv:1305.2360 - Is a co-rotating Dark Disk a threat to Dark Matter Directional Detection ?,
J. Billard, Q. Riffard, F. Mayet and D. Santos
Phys. Lett. B 718 (2013) 1171
arXiv:1207.1050 - Low energy electron/recoil discrimination for directional Dark Matter detection
J. Billard, F. Mayet and D. Santos
JCAP 07 (2012) 020
arXiv:1205.0973 - Three-dimensional track reconstruction for directional Dark Matter detection,
J. Billard, F. Mayet and D. Santos
JCAP 04 (2012) 006
arXiv:1202.3372 - Probing neutralino Dark Matter in the MSSM & the NMSSM with directional detection,
D. Albornoz Vásquez, G. Bélanger, J. Billard and F. Mayet
Phys. Rev. D 85 (2012) 055023
arXiv:1201.6150 - Assessing the discovery potential of directional detection of Dark Matter,
J. Billard, F. Mayet and D. Santos
Phys. Rev. D 85 (2012) 035006
arXiv:1110.6079 - A mu-TPC detector for the characterization of low energy neutron fields,
C. Golabek et al.,
Nucl. Instrum. Meth. A678 (2012) 33
arXiv:1203.2443 - Micromegas detector developments for Dark Matter directional detection with MIMAC,
F. J. Iguaz et al.,
JINST 6 (2011) P07002
arXiv:1105.2056 - A Markov Chain Monte Carlo analysis to constrain Dark Matter properties with directional detection,
J. Billard, F. Mayet and D. Santos,
Phys. Rev. D 83 (2011) 075002
arXiv:1012.3960 - Exclusion limits from data of directional Dark Matter detectors,
J. Billard, F. Mayet and D. Santos,
Phys. Rev. D 82 (2010) 055011
arXiv:1006.3513 - Directional detection as a strategy to discover galactic Dark Matter,
J. Billard, F. Mayet, J.F. Macias-Perez, D. Santos,
Phys. Lett. B 691 (2010) 156-162
arXiv:0911.4086 - The case for a directional dark matter detector and the status of current experimental efforts,
S. Ahlen, N. Afshordi, J.B.R. Battat, J. Billard, et al.,
International Journal of Modern Physics A25 (2010) 1-51
arXiv:0911.0323 - Development of a front end ASIC for Dark Matter directional detection with MIMAC,
J. P. Richer, G. Bosson, O. Bourrion, C. Grignon, et al.,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A620 (2010) 470,
arXiv:0912.0186 - Data acquisition electronics and reconstruction software for directional detection of Dark Matter with MIMAC,
O. Bourrion et al.,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A662 (2010) 207,
arXiv:1006.1335 - Ionization quenching factor measurement of 4He,
D. Santos, F. Mayet, O. Guillaudin et al.,
arXiv:0810.1137 - An analysis method for time ordered data processing of Dark Matter experiments
E. Moulin, J. F. Macias-Perez, F. Mayet, et al.,
Astron. & Astrophys. 453 (2006) 761-768
astro-ph/0604024 - Supersymmetric Dark Matter search via spin-dependent interaction with 3He,
E. Moulin, F. Mayet and D. Santos,
Phys. Lett. B614 (2005) 143-154
astro-ph/0503436 - Low-energy conversion electron detection in superfluid 3He at ultra-low temperature
E. Moulin, C. Winkelmann, J. F. Macias-Perez et al.,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 548 (2005) 411
astro-ph/0504272 - Search for supersymmetric Dark Matter with superfluid 3He
F. Mayet, D. Santos, Yu. M. Bunkov, et al.,
Phys. Lett. B538 (2002) 257-265
astro-ph/0201097 - Design optimization of MACHe3, a project of superfluid 3He detector for direct Dark Matter search
F. Mayet, D. Santos, G. Perrin, et al.
Nucl. Instrum. Meth. A455 (2000) 554-563
astro-ph/0002303
Proceedings :
- Measurement of the electron drift velocity for directional dark matter detectors
F. Mayet et al
Proceedings of the 4th international conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2013), 10-12 June 2013, Toyama, Japan
arXiv:1401.1009 - MIMAC: MIcro-tpc MAtrix of Chambers for dark matter directional detection
D. Santos et al
Proceedings of the 4th International Conference on Directional Dark Matter Detection CYGNUS2013, held in Toyoma (Japan), June 2013
arXiv:1311.0616 - A review on the discovery reach of directional detection
F. Mayet and J. Billard
Proceedings of the 4th international conf. on directional detection of Dark Matter (CYGNUS 2013), Toyama, Japon, Juin 2013
arXiv:1310.0214 - Dark Matter directional detection with MIMAC
J. Lamblin et al.,
Proceedings of the 9th Patras Workshop on Axions, WIMPs and WISPs, Mainz, Germany, June 2013
DESY-PROC-2013-04, pp.211 - Dark Matter directional detection with MIMAC
Q. Riffard et al
Proceedings of the 48th Rencontres de Moriond: Very High Energy Phenomena in the Universe, 9-16 March 2013, La Thuile, Italy
arXiv:1306.4173 - MIMAC: A micro-tpc matrix for dark matter directional detection
D. Santos et al
Proceedings of the 6th Symposium on Large TPCs for low energy rare event detection, Paris, December 2012
arXiv:1304.2255
- Directional Detection of Dark Matter with MIMAC,
F. Mayet, J. Billard, and D. Santos,
Proceedings of UCLA Dark Matter 2012, 10th Symposium on Sources and Detection of Dark Matter and Dark Energy in the Universe, Marina del Rey Marriott, CA, USA, February 22-24, 2012
arXiv:1207.1053 - Directional Detection of Dark Matter with MIMAC,
J. Billard, F. Mayet and D. Santos,
Proceedings of TAUP 2011 - 12th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, Sept. 2011, Munich, Germany
J. Phys. Conf. Ser. 375 (2012) 012008, arXiv:1110.5999 - Development and validation of a 64 channel front end ASIC for 3D directional detection with MIMAC,
J.P. Richer et al.,
Proceedings of TWEPP-11, Vienna, Austria, 26-30 September 2011
JINST 6 C11016, arXiv:1110.4579 - Data acquisition electronics and reconstruction software for real time 3D track reconstruction within the MIMAC project ,
O. Bourrion et al.,
Proceedings of TWEPP-11, Vienna, Austria, 26-30 September 2011
JINST 6 (2011) C11003, arXiv:1110.4348 - Directional detection of Dark Matter,
F. Mayet, J. Billard and D. Santos,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications Series 53 (2012) 3-10, arXiv:1110.1056 - Exclusion, Discovery and Identification of dark matter with directional detection,
J. Billard, F. Mayet and D. Santos, ,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications Series 53 (2012) 67-75, arXiv:1110.0951 - Track reconstruction with MIMAC,
J. Billard, F. Mayet and D. Santos,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications Series 53 (2012) 137-145, arXiv:1110.0955 - MIMAC: A micro-tpc matrix project for directional detection of dark matter,
D. Santos et al.,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications Series 53 (2012) 25-31, arXiv:1111.1566 - Quenching factor measurement in low pressure gas detector for directional dark matter search,
O. Guillaudin et al.,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications Series 53 (2012) 119-127, arXiv:1110.2042 - Micromegas detector developments for MIMAC,
E. Ferrer-Ribas et al.,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications Series 53 (2012) 165-171, arXiv:1109.1675 - Dedicated front-end and readout electronics developments for real time 3D directional detection with MIMAC,
O. Bourrion et al.,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications Series 53 (2012) 129-136, arXiv:1109.2022 - Production and measurement of neutron reference fields: the amande facility and MIMAC prototype as neutron detection system,
C. Golabek et al.,
Proceedings of the third International conference on Directional Detection of Dark Matter (CYGNUS 2011), Aussois, France, 8-10 June 2011
EAS Publications 53 (2012) 173-181 - Characterization of monoenergetic low energy neutron fields with the muTPC detector,
C. Golabek et al.,
Proceedings of the 11th International Conference on Applications of Nuclear Techniques, Grèce, 2011
AIP Conf.Proc. 1412 (2011) 192-199 - MIMAC : A micro-tpc matrix for directional detection of dark matter,
D. Santos et al.,
Proceedings of the fifth international symposium on large TPCs for low energy rare event detection, Paris, France, Dec. 2010.
J. Phys. Conf. Ser. 309 (2011) 012014, arXiv:1102.3265 - Directional detection of Dark Matter with MIMAC: WIMP identification and track reconstruction,
J. Billard et al.,
Proceedings of the fifth international symposium on large TPCs for low energy rare event detection, Paris, France, Dec. 2010.
J. Phys. Conf. Ser. 309 (2011) 012015, arXiv:1101.2750 - MIMAC : A micro-tpc matrix for directional detection of dark matter,
D. Santos et al.,
Proceedings of the 8th International Workshop on the Identification of Dark Matter (IDM 2010), Montpellier, France, July 2010
arXiv:1012.1166 - Identification of Dark Matter with directional detection,
J. Billard et al.,
Proceedings of the 8th International Workshop on the Identification of Dark Matter (IDM 2010), Montpellier, France, July 2010
arXiv:1009.5568 - Directional detection of non-baryonic dark matter with MIMAC,
C. Grignon et al.,
Proceedings of the 22nd Rencontres de Blois, France, Jul. 2010
arXiv:1008.4712 - Directional detection of Dark Matter,
J. Billard et al.,
Proceedings of the 45th Rencontres De Moriond On Electroweak Interactions And Unified Theories, La Thuile, Italie, Mar. 2010
arXiv:1004.2365 - Directional detection of galactic Dark Matter,
F. Mayet et al.,
Proceedings of the 12th Marcel Grossmann Meeting (MG12), Paris, France, July 2009
arXiv:1001.2983 - A prototype of a directional detector for non-baryonic dark matter search: MIMAC,
C. Grignon et al.,
Proceedings of the First International Conference on Micro Pattern Gaseous Detectors (MPGD2009), Kolympari, Crete, Greece, Jun. 2009
JINST 4 (2009) P11003
arXiv:0909.0654 - Dark Matter directional detection with MIMAC,
C. Grignon et al.,
Proceedings of the 44th Rencontres De Moriond On Electroweak Interactions And Unified Theories, La Thuile, Italie, Mar. 2009
arXiv:0905.4800 - Micromegas µTPC for direct Dark Matter search with MIMAC ,
F. Mayet et al.,
Proceedings of the fourth international symposium on large TPCs for low energy rare event detection, Paris, France, Dec. 2008
Journal of Physics 179 (2009) 012011,
arXiv:0905.4654 - Low energy measurements with Helium Micromegas µTPC ,
O. Guillaudin et al.,
Proceedings of the fourth international symposium on large TPCs for low energy rare event detection, Paris, France, Dec. 2008
Journal of Physics 179 (2009) 012012,
arXiv:0904.1667 - MIMAC : a microTPC detector for non-baryonic dark matter search ,
F. Mayet et al.,
Proceedings of the Dark Energy and Dark Matter conference, Lyon, France, Juillet 2008
EAS Publications 36 (2009) 263,
arXiv:0905.4697 - MIMAC : Detection of low energy recoils for Dark Matter Search ,
A. Trichet et al.,
Proceedings of the Dark Energy and Dark Matter conference, Lyon, France, July 2008
EAS Publications 36 (2009) 321,
arXiv:0904.1642 - Novel recoil nuclei detectors to qualify the AMANDE facility as a Standard for mono-energetic neutron fields,
A. Allaoua et al.,
Proc. of 24th International Conference on Nuclear Tracks in Solids (Bologna, 1-5 September 2008)
Radiat. Meas. 44 (2009) 755
arXiv:0812.0336 - MIMAC : A Micro-TPC Matrix of Chambers for direct detection of WIMPS ,
D. Santos et al.,
Journal of Physics Conf. Series 65 (2007) 012012
Proceedings of The 3rd International Symposium on Large TPCs for Low Energy Rare Event Detection, Paris, France, Dec. 2006
astro-ph/0703310 - MIMAC-He3 : MIcro-tpc MAtrix of Chambers of 3He ,
D. Santos et al.,
Proceedings of the 6th International Workshop on the Identification of Dark Matter, Grece, Sept. 2006
astro-ph/0701230 - MIMAC-He3, A Project for a micro-TPC matrix of chambers of Helium 3 for axial direct detection of non-baryonic dark matter
E. Moulin and D. Santos
publié dans Proceedings of 40th Rencontres de Moriond on Very High Energy Phenomena in the Universe, La Thuile, Italy, 12-19 Mar 2005.
astro-ph/0505458 - MIMAC-He3 : A Micro-TPC Matrix of Chambers of 3He for direct detection of Wimps ,
D. Santos et al.,
Journal of Physics Conf. Ser. 39 (2006) 154-156
Proc. of the 9th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2005), September 2005, Zaragoza (Spain),
astro-ph/0512220 - MACHE3, A Prototype for non-baryonic dark matter search: keV event detection and multicell correlation
C. Winkelmann, Emmanuel Moulin, et al.
publié dans Proceedings of 39th Rencontres de Moriond on Very High Energy Phenomena in the Universe, La Thuile, Italy, 28 Mar - 4 Apr 2004
Published in Exploring the universe: Proceedings. The GIOI publishers, 2004. pp. 71-76
astro-ph/0504629 - MIMAC-He3: A New detector for non-baryonic dark matter search ,
D. Santos and E. Moulin,
publié dans Proceedings of IDM 2004: 5th International Workshop on the Identification of Dark Matter, Edinburgh, United Kingdom, 6-10 Sep 2004.
astro-ph/0412273 - Project of a superfluid 3He detector for direct detection of non-baryonic dark matter: MACHe3
E. Moulin, et al.,
publié dans Proceedings of 4th International Conference on Where Cosmology and Fundmental Physics Meet, Marseille, France, 23-26 Jun 2003
astro-ph/0309325 - Mache3: A New generation detector for non-baryonic dark matter direct detection
D. Santos, et al.,
publié dans Proceedings of 4th International Workshop on the Identification of Dark Matter (IDM 2002), York, England, 2-6 Sep 2002.
astro-ph/0211294 - A superfluid 3He detector for direct dark matter search,
F. Mayet et al.,
publié dans : Proceedings of the 3rd International Workshop on the Identification of Dark Matter (IDM2000), Sept. 2000, York (Grande-Bretagne), N.J.C. Spooner et V. Kudryavtsev (éditeurs), World Scientific 2001,
astro-ph/0011292 - A project of new detector for direct Dark Matter search : MACHe3,
D. Santos et al.,
publié dans : Proceedings of the 4th International Symposium on Sources and Detection of Dark Matter and Dark Energy in the Universe, Février 2000, Marina Del Rey (CA, États-Unis), D. B. Cline (éditeur), Springer,
astro-ph/0005332
Research Team members
Marine Hervé |
Doctorante | |
(Head of the group) |
||
Véronique Ghetta | Chargée de recherche - groupe Physique des réacteurs |
Permanent staff
- Daniel Santos, Directeur de recherche CNRS
- Fabrice Naraghi, Maître de conférences GRENOBLE INP
PhD students and post-docs
- Marine Hervé, doctorante depuis 2017
Engineer / technicians
- N. Sauzet (CDD), O. Guillaudin, JF. Muraz (service détecteurs & instrumentation)
- G. Bosson, J. Bouvier, JL. Bouly, L. Gallin-Martel, F. Rarbi (service électronique)
- T. Descombes (service informatique)
- A. Dastgheibi Fard, M. Zampaolo (service Ultra-Basse radioactivité)
- Ali Dastgheibi-Fard
- Evelyne Garçon
- Jean-Louis Margueron
- Christian Ranieri (CDD)
- Aurélien Rojas
- Mamadou Traoré (CDD)
- Christophe Vescovi (Responsable opérationnel)
- Guillaume Warot
- Michel Zampaolo
- Thierry Zampieri
1. Introduction
Les observations astrophysiques convergent depuis plusieurs décennies vers un modèle standard cosmologique et justifient l’hypothèse de l’existence de matière sombre aussi bien à grande échelle qu’à l’échelle locale de notre galaxie. La détection directe des particules constituant cette matière est un défi majeur de la physique. Les neutrons et les neutrinos par leur dispersion cohérente sur les noyaux constituent un fond ultime pour ce type de détection. Le projet MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) développe un détecteur directionnel de matière sombre, permettant ainsi de compter sur une signature nouvelle, unique et nécessaire, la directionnalité, afin de corréler le mouvement relatif de notre système solaire autour du centre galactique avec l’évènement rare détecté dans le détecteur.
L’état actuel de la recherche directe de matière sombre non-baryonique se repose sur des efforts considérables afin de détecter des reculs nucléaires qui proviendraient de collisions élastiques avec des WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) en les discriminant du fond. Ces évènements seront des « candidats » à valider par les autres expériences de détection directe mais la seule signature convaincante de la provenance d’une collision avec un WIMP du halo galactique est la directionnalité. En parallèle, la recherche de reculs nucléaires de basse énergie (E< 10 keV) présente la difficulté additionnelle du "quenching" en ionisation et en scintillation qui limitent le signal accessible à la détection et qui en général sont estimés ou mesurés avec des incertitudes importantes. Le paramètre de découverte est la trace de recul qui serait corrélée à la direction définie par la tangente à l’orbite de notre système solaire autour du centre galactique, qui est par ailleurs identifié par la direction de la Constellation du Cygne. Les directions des noyaux de reculs permettent la construction d’une carte en coordonnées galactiques des événements. Nous avons également montré que la directionnalité ouvre la voie d’une caractérisation de la masse de la particule et de la forme du halo galactique.
Le projet MIMAC (Micro-tpc Matrix of Chambers) propose de construire une grande matrice de micro-TPC à basse pression (50 mbar) afin de détecter par ionisation les traces de reculs nucléaires en 3D. Les noyaux cibles peuvent être changés en masse et/ou spin afin d’optimiser le transfert d’énergie cinétique et la section efficace d’interaction. Les noyaux cibles privilégiés pour l’instant ont été : 19F, 12C, 1H, 4He.
La matrice est conçue à partir des modules bi-chambres (deux chambres avec une cathode commune) identiques qui nous permettront de mieux contrôler le fond intrinsèque et pouvoir faire la coïncidence entre les différentes chambres. Le détecteur de chaque chambre est une micro-TPC, type Micromegas pixélisée (IRFU-Saclay), couplée à une électronique rapide auto-déclenchée qui a été spécialement développée par le LPSC- Grenoble pour ce projet.
2. Le prototype de module bi-chambre de MIMAC
En juillet 2012, nous avons installé le premier module bi-chambre au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM). Nous avons constaté une excellente stabilité du gain en fonction du temps grâce à un système de circulation du gaz spécialement développé pour notre projet. L’étalonnage s’effectue par fluorescence, produite sur des feuilles de Cd, Fe et Cu, grâce à un générateur de rayons X, et ce avec une fréquence hebdomadaire. Nous avons amélioré l’installation en janvier 2016, voir figure. Depuis, le prototype bi-chambre fonctionne en permanence avec toujours un étalonnage hebdomadaire. Les données ont donné lieu à un article sur la progénie du Rn (voir point IV) et continue à nous fournir des données sur le fond au LSM et qui sont analysées par l’équipe.
Prototype MIMAC bi-chambre installé au LSM (2016-2018)
3. Développement de la ligne de quenching COMIMAC
La mesure du facteur de quenching en ionisation est fondamentale dans le domaine de la détection directe de matière sombre puisque les noyaux de reculs sortant éventuellement d’une collision élastique avec un WIMP laissent une énergie en ionisation différente de l’énergie cinétique. Le rapport entre l’énergie en ionisation laissée dans le détecteur et l’énergie cinétique initiale de la particule est définie comme le facteur de quenching en ionisation. En particulier, dans un gaz, ce facteur de quenching dépend de l'énergie du noyau de recul, de l’état de pureté du gaz et de la pression.
L'équipe a construit une ligne de quenching afin de pouvoir mesurer les facteurs de quenching in-situ pour contrôler à tout moment les facteurs de quenching du gaz d’un détecteur installé dans un laboratoire souterrain. Cette mesure, au même titre que l’étalonnage en énergie permet de valider le bon fonctionnement du détecteur.
Vue de la ligne expérimentale COMIMAC installée au LPSC
La discrimination électron-recul
La discrimination électron-recul, une des clés majeures de la détection directe de matière sombre, a été mesurée dans le mélange gazeux de MIMAC avec des neutrons rapides monochromatiques sur l'installation Amande (IRSN) grâce à une analyse en Boost Decision Trees (BDT) faite par Quentin Riffard et publié en 2016.
Première mesure de traces en 3D de reculs nucléaires provenant de descendants du 222Rn
Cette mesure est réellement unique puisqu’elle constitue une validation de la capacité à mesurer des traces en 3D de basse énergie, ainsi que leur énergie en ionisation. Ces événements, dont l’énergie cinétique se trouve dans la plage comprise entre 100 et 146 keV, ne laissent en ionisation que ~30 à ~45 keV dans la micro-TPC et constituent un fond qui se trouve dans tous les détecteurs, pouvant ainsi servir de « benchmark ». Cette mesure a été publiée en 2017.
Simulation comparée des différentes techniques directionnelles (cristaux, émulsions et TPC)
Le travail de l'équipe a conduit à la publication d'un article montrant clairement que l’information directionnelle du recul nucléaire est « préservée » uniquement dans le cas d’une TPC à basse pression comme MIMAC.
Comparaison de l’observable “directionnelle” définie afin de comparer la préservation de l’information directionnelle entre les différents milieux de détection
Le signal cathode
Le signal induit par le mouvement des électrons primaires pendant leur collection vers la grille, visible avant l’avalanche, a été validé et utilisé pour une mesure de la vitesse de collection de charges dans une chambre de MIMAC.
(Gauche) Le signal cathode, en rouge, produit par le mouvement des électrons primaires.
(Droite) Ce signal ouvre la possibilité de placer les traces en 3D dans le volume de détection
Un nouveau détecteur bas-bruit
Un nouveau détecteur bas-bruit (BB) a été développé grâce à un financement du Labex Enigmass. Un nouveau détecteur type Micromegas a été développé pour MIMAC par O. Guillaudin (LPSC) en utilisant du Plexiglass et du Kapton à la place du PCB. La validation de la qualité des traces a été faite en janvier 2017 pour le prototype 10 cm x 10 cm. Le design du détecteur de 35 x 35 cm2 a été finalisé en novembre 2017 et ses éléments sont actuellement en phase de fabrication, tout comme l’électronique nécessaire pour son utilisation.
(Gauche) Nouveau détecteur Bas-Bruit (10 cm) développé au LPSC par O. Guillaudin.
(Droite) Spectre de rayons X de la source de55Fe (5,96 keV) qui montre une résolution de 16% (FWHM)
Collaboration avec l’Université de Tsinghua
La présence de Charling Tao à Pékin comme professeur à l’Université de Tsinghua nous a permis d’établir une collaboration très riche entre les deux équipes. Un post-doc de trois ans ainsi qu’une thèse sont financés par Tsinghua pour travailler sur MIMAC (respectivement Dr. Igor Moric et M. Yi Tao). Ces deux collaborateurs sont venus à deux reprises pendant plusieurs mois au LPSC en 2017 pour participer à l’analyse de données et aux expériences sur LHI et COMIMAC et ont travaillé sur la détermination de la longueur de traces et la résolution angulaire. Les articles sont en préparation.
Mesure expérimentale de la résolution angulaire de MIMAC sur LHI (LPSC)
Nous avons couplé une chambre MIMAC à la ligne expérimentale COMIMAC en janvier 2017 afin de mesurer la résolution angulaire de la mesure de traces en 3D obtenue avec celle-ci (voir figure 6). Elles confirment la possibilité d'obtenir une détection directionnelle avec une résolution angulaire suffisante. Le papier Y. Tao, I. Moric et al, a été soumis à JCAP en décembre 2018.
Résolution angulaire mesurée en fonction de l’énergie pour des traces de19F produites par COMIMAC et LHI (Ligne Haute Intensité du Pôle Accélérateurs et sources d'ions)
Valorisation de MIMAC et COMIMAC
Un contrat de collaboration a été signé entre le laboratoire de métrologie de l’IRSN (LMDN) et le LPSC en 2010 pour 5 ans afin de démontrer que notre détecteur prototype MIMAC peut devenir un étalon primaire pour la caractérisation de champs neutroniques rapides. En 2016 nous avons signé une prolongation de ce contrat. Deux thèses sur ce sujet sous la direction de D. Santos ont été financées entre 2013 et 2018. La démonstration de la mesure de neutrons rapides dans la plage de basse énergie (27 keV et 127 keV) a été faite dans le cadre d'une thèse, soutenue en décembre 2015 et la validation expérimentale de la spectroscopie neutronique jusqu’à 6,5 MeV a été faite par Benjamin Tampon qui a soutenu sa thèse en décembre 2018.
4. Le projet NEWS-G (New Experiments With Sphere-Gas)
L'équipe participe à une recherche directe non-directionnelle à basses masses de WIMPs (projet NEWS-G (New Experiments With Sphere-Gas) basée sur un détecteur sphérique mono-voie dont le senseur est une simple bille placée en son centre. Ce détecteur sphérique, actuellement en cours de construction, sera installé durant 2020 au SNOLAB (Sudbury-Canada). Pour ce projet, il a été obtenu un financement ANR en Octobre 2015 (ANR-NEWS). Cette ANR est portée par Loannis Giomataris de l’IRFU-CEA Saclay.
Au sein de la collaboration NEWS-G, l'équipe du laboratoire a endossé la responsabilité de la mesure du facteur de quenching en ionisation jusqu’à très basse énergie (~100 eV) et ce grâce notamment aux possibilités offertes par notre ligne COMIMAC. Les mesures réalisées couvrent plusieurs noyaux cibles (4He, 1H, 20Ne, 19F). Dans le cadre de l’ANR-NEWS, l'équipe a spécifiquement conçu une chambre d’ionisation sphérique, d’un diamètre de 30 cm, capable de supporter une pression jusqu’à 10 bar et couplée à notre ligne COMIMAC grâce à une interface unique et originale.
La nouvelle sphère de 30 cm couplée à la ligne de quenching COMIMAC au LPSC
Au cours de ces 4 dernières années, plusieurs campagnes de mesures des facteurs de quenching, notamment dans le 20Ne + 0,7% CH4 et dans le CH4 pur, ont été réalisées. Enfin, ce dispositif a également été utilisé pour tester de nombreuses versions de senseurs développés par les équipes de l’IRFU et par celles de l’Université de Tessalonique.
5. Projet de valorisation MIMAC-FastN
Le projet MIMAC-FastN a pour objectif de valoriser une instrumentation développée au LPSC dans le cadre du projet MIMAC pour la détection directionnelle de matière noire non baryonique, en un spectromètre directionnel mobile de neutrons rapides, sur une large plage en énergie, de 10 keV à 600 MeV. Ce projet a fait l'objet d'un programme de prématuration de la direction de l'innovation et des relations avec les entreprises du CNRS en 2015, qui a permis d'aboutir à l'intégration à un programme de maturation de la société d'accélération de transfert de technologies (SATT) Linksium depuis septembre 2017. Ce programme vise à explorer la viabilité d'une potentielle start-up en vue de l'entrée dans un programme d'incubation.
Le travail accompli en 2017 et 2018 a permis de mettre en évidence, par simulation Monte Carlo et par mesure, une spécificité induite par la stratégie de détection 3D du système : la capacité à mesurer l'énergie de neutrons de plus de 5 MeV. Des mesures réalisées au CERN/CERF en juin 2018 jusqu'à 200 MeV ont validé la stratégie de détection, qui confère à l'appareil sa gamme de mesure étendue, unique sur le marché de la détection neutronique. Cette stratégie a fait l'objet d'un dépôt de brevet.
Une étude de marché a été réalisée en partenariat avec un prestataire de Linksium, avec pour objectif d'identifier les cas d'usage et de mesurer l'intérêt des potentiels clients pour les marchés visés. Cette étude a conduit à l'exposition de notre démonstrateur au salon mondial du nucléaire en juin 2018.
Les campagnes de mesure réalisées en 2017 et 2018 ont permis de réaliser la preuve de concept de l'appareil : reconstruction de spectres neutroniques mono-énergétiques avec des réactions D(d,n) et T(d,n) sur les installations d'AMANDE de l'IRSN et de GENEPI du LPSC, de 1 MeV à 15 MeV ; reconstruction de spectres neutroniques poly-énergétiques, avec une source de 252Cf, au CERF (spectre de neutrons cosmiques), et au CAL (Centre Antoine Lacassagne à Nice).
Le développement d'un nouveau logiciel d'acquisition, associé à des évolutions sur la logique d'acquisition du FPGA et au développement d'un algorithme pour gérer l'empilement, permettent d'envisager des mesures dans des environnements avec des flux neutroniques plus élevés. Ces évolutions ont été testées lors de campagnes de mesure au CERF, et sur l'installation ALPHEE de l'IRSN.
Notre intégration à EURADOS (European Radiation Dosimetry Group) nous a ouvert de nouvelles opportunités, dans le cadre des projets de caractérisation des neutrons de haute énergie et des neutrons cosmiques.