Status de lexprience NEMO3

1
Status de lexpérience NEMO3

• Laurent SIMARD, LAL, Université Paris-Sud

GDR neutrino Marseille, 14 mars 2005
2
Le détecteur NEMO3
Laboratoire Souterrain de Modane 4800 m
équivalent eau
Source 10 kg disotopes ?? cylindrique, S
20 m2, e 60 mg/cm2 Détecteur de traces
chambre à fils en régime Geiger (6180
cellules) Gaz He 4 alcool éthylique 1 Ar
0.1 H2O Calorimètre 1940
scintillateurs plastiques couplés à des PMs
basse radioactivité
3
Anneaux cathodiques chambre à fils
PMs
Tube de calibration
scintillateurs
Feuilles disotopes bb
4
AOUT 2001
5
Inauguration de NEMO-3, Juillet 2002 Début de
prise de données 14 Février 2003
Réservoir deau
bois
aimant
Blindage en fer
6
Isotopes bb dans le détecteur NEMO-3
116Cd 405 g Qbb 2805 keV
96Zr 9.4 g Qbb 3350 keV
150Nd 37.0 g Qbb 3367 keV
48Ca 7.0 g Qbb 4272 keV
130Te 454 g Qbb 2529 keV
Mesure du bdf dorigine externe aux sources
100Mo 6.914 kg Qbb 3034 keV
82Se 0.932 kg Qbb 2995 keV
natTe 491 g
Cu 621 g
(Tous les isotopes enrichis produits en Russie)
7
Sélection dévénements bb dans NEMO-3
Evénement typique bb2n observé venant du 100Mo
Run 2040 Evenenement 9732 Date 20/03/2003
Feuille de 100Mo
feuille de 100Mo
Propagation longitudinale du plasma Geiger
Scintillateur PM
8
Performances du détecteur

• Calorimètre
• 97 des PMsscintillateurs ON
• Résolution en énergie
• runs de calibration (tous les 40 jours) avec
  des sources 207Bi

Mur int. 3" PMs
Mur ext. 5" PMs
17
14
FWHM (1 MeV)

• Suivi laser journalier pour controler la
  stabilité du
• gain de chaque PM
• gamma efficacité 50 _at_ 500 keV, Ethr 30 keV

9
Résultats préliminaires 100Mo 2?2?
(Données 14 Fév. 2003 22 Mar. 2004)
Distribution angulaire
Spectre de la somme des énergies
145 245 événements 6914 g 241.5 jours S/B 45.8
145 245 événements 6914 g 241.5 jours S/B 45.8
NEMO-3
NEMO-3
100Mo
100Mo
Monte Carlo 2?2?
Bruit de fond soustrait
Monte Carlo 2?2?
Bruit de fond soustrait
Cos(?)
E1 E2 (keV)
T1/2 7.72 0.02 (stat) 0.54 (syst) ? 1018 y
4.57 kg.y
10
Distribution de lénergie individuelle pour
100Mo 2?2?
Energie individuelle différente entre SSD and HSD
HSD, niveaux plus hauts contribuent à la
désintégration
1
SSD, le niveau 1 domine dans la
désintégration (Abad et al., 1984, Ann.
Fis. A 80, 9)
Simkovic, J. Phys. G, 27, 2233, 2001
100Tc
0
100Mo
Endividuelle(keV)
NEMO-3
4.57 kg.y E1 E2 gt 2 MeV
4.57 kg.y E1 E2 gt 2 MeV
NEMO-3
Monte Carlo 2?2? SSD
Monte Carlo 2?2? HSD
SSD Etat unique
HSD Niveaux plus élevés
Bruit de fond soustrait
Bruit de fond soustrait
?2/ndf 139. / 36
?2/ndf 40.7 / 36
Eindividuelle (keV)
Eindividuelle (keV)
HSD T1/2 8.61 0.02 (stat) 0.60 (syst) ?
1018 y SSD T1/2 7.72 0.02 (stat) 0.54
(syst) ? 1018 y
La distribution de lénergie individuelle de la
2?2? de 100Mo en faveur du modele Single State
Dominant (SSD)
11
Résultats préliminaires pour la 2?2? dautres
noyaux
NEMO-3
Bruit de fond soustrait
932 g 241.5 jours 2385 événements S/B 3.3
82Se
82Se T1/2 10.3 0.2 (stat) 1.0 (syst) ?
1019 y 116Cd if SSD T1/2 2.8 0.1 (stat)
0.3 (syst) ? 1019 y if HSD T1/2
3.05 0.1 (stat) 0.3 (syst) ? 1019 y 150Nd
T1/2 9.7 0.7 (stat) 1.0 (syst) ? 1018
y 96Zr T1/2 2.0 0.3 (stat) 0.2
(syst) ? 1019 y

• Données

simulation bb2n
E1E2 (keV)
NEMO-3
NEMO-3
NEMO-3
37 g 168.4 jours 449 événements S/B 2.8
5.3 g 168.4 jours 72 événements S/B 0.9
405 g 168.4 jours 1371 événements S/B 7.5
96Zr
150Nd
116Cd
simulation bb2n
simulation bb2n
simulation bb2n
E1E2 (MeV)
E1E2 (MeV)
E1E2 (MeV)
12
Analyse de la bb0n mesure du bruit de fond
NEMO-3 peut mesurer tous les composants de son
bruit de fond !
13
Analyse bb0n mesure du bruit de fond
Radon dans le gaz de la chambre à fils de NEMO-3
Dû à une faible diffusion du radon du laboratoire
dans le détecteur A(Radon) dans le labo 15 Bq/m3
14
Analyse bb0n pour le 100Mo
6914 g 265 days
100Mo
bb0n unité arbitraire
E1E2 (MeV)
100Mo
2.6ltE1E2lt3.2
2.8ltE1E2lt3.2
1.4 ? 0.2
32.3 ? 1.9
100Mo 2b2n M-C
5.6 ? 1.7
23.5 ? 6.7
Radon M-C
7.0 ? 1.7
55.8 ? 7.0
TOTAL Monte-Carlo
8
50
DATA
V-A T1/2(bb0n) gt 3 1023 années VA
T1/2 gt 1.8 1023 années avec ?E1- E2?gt 800
keV Majoron T1/2 gt 1.4 1022 années avec
Eindividuelle gt 700 keV
15
Analyse likelihood pour le 100Mo

• 3 variables utilisées pour le likelihood
• Ec1 Ec2 somme des énergies cinétiques des 2 e-
• Ecmin énergie de le- de plus petite
  énergie
• Cos? angle entre les deux traces

Ec Energie à la sortie de la feuille de 100Mo
Energie déposée dans le scintillateur (E)
correction des pertes dans le détecteur
de traces
!
Nbb0n
xbb0n est le parametre libre
Ntot
L calculé avec des événements bb Ec1Ec2gt2 MeV
16
Analyse likelihood de la bb0n du 100Mo
100Mo 6914 g 216.4 days 4.10 kg.y
Ec1Ec2 (keV)
V-A T1/2(bb0n) gt 3.5 1023 années (90
C.L.) VA T1/2 gt 2.0 1023 années (90
C.L.)
Limite précedente V-A T1/2(bb0n) gt 5.5 1022
années (Elegant V, Ejiri et al., 2001)
17
Analyse likelihood de la bb0n du 82Se
PRELIMINAIRE
82Se 932 g 216.4 jours 0.55 kg.ans
82Se 932 g 216.4 jours 0.55 kg.ans
Ec1Ec2 (keV)
Ec1Ec2 (keV)
V-A T1/2(bb0n) gt 1.9 1023 ans (90 C.L.)
VA T1/2 gt 1.0 1023 ans (90 C.L.)
Majoron T1/2 gt 1.2 1022 ans (90 C.L.)
Limite avant V-A T1/2(bb0n) gt 9.5 1021 ans
(NEMO-2) Arnold et al. Nucl. Phys. A636 (1998)
18
Limite sur la masse effective du neutrino de
Majorana, sur le Majoron et sur VA
Limites sur T1/2 sont _at_ 90 C.L.
19
Système de purification anti-Radon installé
Radon était le bruit de fond dominant pour NEMO-3
A(222Rn) au LSM 15 Bq/m3
Facteur 10 trop élevé
Mai 2004 Tente entoure le détecteur
Mai 2004
Septembre 2004 Usine à purifier lair du radon
(comme dans SuperKamiokande) Activité dans la
tente A(222Rn) 0.3 Bq/m3 125 m3/h 500 kg
charbon _at_ -40oC
Facteur de purification obtenu dans la tente50
20
Usine de purification de lair en radon
Début du fonctionnement le 4 Octobre 2004 Au
Laboratoire Souterrain de Modane 1 tonne charbon
_at_ -50oC, 7 bars Activité A(222Rn) lt 1 mBq/m3
!!! Flux 125 m3/h
21
(No Transcript)
22
Après installation de la tente et delusine
anti-radon (charbon actif)
Activité en 222Rn entre février 2003 et septembre
2004 0.95 Bq
actuellement 0.14 Bq (réduction dun facteur
7)
Plus que 1 evt/an de fond pour la bb0n du 100Mo lt
Nbdf dû à bb2n
23
Sensibilité attendue dans NEMO-3 (apres
purification en radon)

• Bruit de fond
• Bruit de fond externe est négligeable
• Bruit de fond interne
• 208Tl 100 mBq/kg pour 100Mo
• 300 mBq/kg pour 82Se
• 214Bi lt 300 mBq/kg
• 0.1 evt kg-1 y -1 avec
  2.8ltE1E2lt3.2 MeV
• bb2n T1/2 7.7 1018 années (SSD)
• 0.3 evt kg-1 y -1 avec
  2.8ltE1E2lt3.2 MeV

5 ans de prise de données 6914 g de 100Mo
T1/2(bb0n) gt 4 .1024 années (90 C.L.) ltmngt
lt 0.2 0.35 eV 932 g de 82Se T1/2(bb0n)
gt 8 .1023 années (90 C.L.) ltmngt lt 0.65
1.8 eV
24
CONCLUSIONS SUR NEMO3

• Le détecteur NEMO-3 prend des données depuis le
  14 Fév. 2003
• La performance attendue du détecteur a ete
  atteinte !
• Résultats préliminaires 2b2n pour 100Mo, 82Se,
  96Zr, 116Cd and 150Nd
• déjà plus de 140 000 événements 2b2n
  collectés
• 100Mo le modele Single State
  Dominance (SSD) est favorisé
• la désintégration bb2n 100Mo vers létat excité
  a été mesurée avec 4 s
• Limite Préliminaire T1/2(bb0n) (216.4 jours de
  données)
• 100Mo (4.10 kg.ans) T1/2(bb0n) gt 3.5 1023
  années ? ?mn? lt 0.7 1.2 eV
• 82Se (0.55 kg.ans) T1/2(bb0n) gt 1.9 1023
  années ? ?mn? lt 1.3 3.6 eV
• Niveaux de bruits de fond observésattendus sauf
  Radon 10 fois trop élevé
• Système de purification de lair en radon depuis
  Septembre 2004
• Déjà réduction dun facteur 7
• Sensibilité attendue apres 5 ans apres la
  purification en radon
• 100Mo T1/2(bb0n) gt 4 .1024 années ltmngt
  lt 0.2 0.35 eV
• 82Se T1/2(bb0n) gt 8 1023 années
  ltmngt lt 0.65 1.8 eV

25
Un document a été écrit
présentation au conseil scientifique de lIN2P3
le 21 mars
26
OPTION CHOISIE PAR LES PHYSICIENS DE NEMO

• pousser à fond la méthode de mesure à la NEMO
• (détecteur tracko-calo), faire un programme de
  RD de 3 ans et voir quelles performances on
  obtient

27
RD sources
OBJECTIF A(214Bi) lt 20 mBq/kg A(208Tl) lt
2 mBq/kg
non seulement enrichir et purifier les sources,
mais aussi mesurer leur radiopureté
Pour 1kg, 2 mBq/kg donne 64 désintégrations/an
!!!
sensibilité en 208Tl des détecteurs Germanium
utilisés pour la mesure des sources de NEMO3 60
mBq/kg
28
RD calorimétrie
But atteindre un FWHM inférieur à 4 à 3 MeV
(rappel pour NEMO-3 9)
7 (source) () 4 (calo) 8 (global)