CROSS détecte la radioactivité de surface de cristaux

Dans le cadre du projet CROSS (Cryogenic Rare-event Observatory with Surface Sensitivity), financé par une bourse européenne ERC Advanced Grant, le groupe ASSD du Pôle A2C, en collaboration avec le Service Détecteurs Cryogéniques du Département Détecteurs et Instrumentation, a développé à IJCLab un détecteur de particules à médiation de phonons avec une sensibilité sans précédent aux événements de surface. Le détecteur est basé sur un monocristal de molybdate de lithium et fonctionne à des températures de l'ordre de 20 mK.

En général, ce type de dispositif n’est pas sensible au point d'impact de la particule, surtout si la détection se fait par l'intermédiaire de phonons thermiques. Le groupe ASSD a pu distinguer la radioactivité (β et α) qui se produit à la surface du cristal de celle qui a lieu à l'intérieur du cristal en recouvrant la face du cristal d'un film métallique mince. Le revêtement affecte la cascade de décroissance des phonons qui suit l'interaction des particules, de sorte que les événements se produisant à proximité du film ont un signal de forme modifiée. Les événements radioactifs de surface constituent le bruit de fond dominant dans les expériences bolométriques recherchant la double désintégration bêta sans émissions de neutrinos.

Une identification efficace des événements de surface a été démontrée avec des détecteurs basés sur un cristal rectangulaire de 20×20×10 mm3 recouvert d'un film métallique normal de Pd (10 nm d'épaisseur) et de bi-couches supraconductrices Al-Pd (100 nm-10 nm d'épaisseur) sur une face de 20×20 mm2. Les événements de surface β et α sont identifiés pour des dépôts d'énergie jusqu'à des profondeurs de l'ordre du millimètre. L'ensemble du développement, de la conception du détecteur à sa fabrication et à son étude expérimentale, a été réalisé à IJCLab.

Cette technologie pourrait améliorer substantiellement la sensibilité des expériences recherchant la désintégration double bêta de l’isotope prometteur 100Mo, ce qui ouvrirait la voie à la découverte des neutrinos de Majorana.

Voir AIP Scilight

01/06/2021 15:41