Le bruit de fond : un dfi

1
Le bruit de fond un défi
2
Autoblindage

• Nettoyer endessous de 500 keV

Volume total - 10 cm - 20 cm - 30 cm
3
Bruits de fond internesdans le Xenon

• ? and ? induced background
• 85Kr (?1/210.7y) 85Kr/Kr ? 2 x 10-11 in air
  giving 1Bq/m3
• Standard Xe gas contains 10ppm of Kr??10 Hz
  from 85Kr decays in 1 liter of LXe.
• Allowing lt1 85Kr decay/day i n XENON energy
  band ? lt1 ppb level of Kr in Xe
• 136Xe 2??? decay (?1/28 x 1021y) with Q 2.48
  MeV expected rate in
• XENON is 1 x 10-6 cts/kg/d/keV before any
  rejection
• Neutron induced background
• Muon induced neutrons spallation of 136Xe and
  134Xe ? take 10 mb and Homestake 4.4 kmwe?
  estimate 6 x 10-5 cts/kg/d before any rejection
• ? reduce by muon veto with 99 efficiency
• (?,n) neutrons from rock ?1000/n/m2/d from (?,n)
  reactions from U/Th of rock
• ? appropriate shield reduces this background to
  ?1 x 10-6 cts/kg/d/keV
• Neutrons from U/Th of detector materials within
  shield, neutrons from U/Th of
• detector components and vessel give?? 5 x 10-5
  cts/kg/d/keV
• ? lower it by x10 with materials selection

4
Séparation isotopique

• Rien ne se perd
• Centrifugation gazeuse 10 kg OK

5
Humour japonais

• XMASS Xenon MASsive detector for Solar
  neutrinos
• XMASS Xenon detector for weakly interacting
  MASSive Particles
• XMASS Xenon neutrino MASS detector

Un détecteur polyvalent
6
Current and Projected Limits of WIMP Searches

• Projection for CDMS Soudan (7kg GeSi) is 1
  event / kg / yr. Similar limits projected for
  competing experiments in Europe.
• It will take a substantial increase in target
  mass and superior background discrimination power
  to reach a sensitivity of 1 event / 100kg / yr.
• For a Xe target with lt10 keV recoil energy
  threshold this rate corresponds to a WIMP-nucleon
  s of 10-46 cm2
• A 1 tonne XENON experiment approaches this
  sensitivity, assuming 3.9x 10-5 cts /kg /d /keV
  background rate, 99.5 discrimination and 10
• keV recoil energy threshold .

7
Détection desneutrinos électroniques
8
Low Energy Neutrino Spectroscopy

• Un principe commun
• détection des ne par réaction ß-inverse
• qui ne peut être induite par les g
• complémentaire des expériences de diffusion
  élastique
• un état nucléaire final métastable
• une signature caractéristique
• Plusieurs cibles potentielles
• étudiées et rejetées 82Se, 160Gd, 176Yb
• en test 115In, 100Mo (MOON)

9
LENS
Abundant nuclei

• A favorable neighbour

• Neutrino energy

• Excellent Neutrino tag
• Spatial coincidence
• e1 - (e-/g?2
• delayed coincidence
• e1 - (e-/g?2
• time coincidence
• (e-/g?2 - g3
• g3 in 2 cells

• ButRadioactive target

• High rate, in 4 tons 1 n/day
• pp 377 /y 7Be 102/y

10
Cible et détecteur

• Après 3 ans deffort
• plusieurs recettes satisfaisantes
• Un liquide scintillant à lIndium
• contenant plus de 80 g/l dIndium
• 50 de la quantité de lumière dun liq. scint.
• gt 3 m de longueur dabsorption
• stable depuis plusieurs mois
• Des modules de bases
• 3 m de long, 8x8 cm2 de section
• localisation longitudinale par temps de vol

11
Un détecteur hybride de 20 t dIndium
In-cells 8cmx8cmx3m 19.2 liters _at_ 80g/l
1.536 kg of In LS 16cmx16cmx3m 76.8
liters for 20 tons of In 1000 m3
52 000 PMTs 3 5
Overall size 2 supermodules of 14x14x6 m3 ie
1/4 Hall A
12
Indium Liquid Scintillator
13
Simulations

• Une bonne résolution en énergie

g3 _at_ 497 keV
(e/g)2 _at_ 115 keV
14
Efficacité de détection
Efficacité aux neutrinos solaires 25
15
Bruit de fond intrinsèque
Neutrinos solaires
un exemple deBdF intrinsèque
2 ß In, le 2 faitun Bremstrahlung
1 corrél. spat. e- g1 2 corrél. temp. g1
g2
16
Larme pour les combattre

• Meilleure résolution en énergie
• 120 -gt 300 pe/MeV
• Queues de distribution
• Gain de 100
• Un prix à payer en efficacité
• 20

17
LLBF au Gran Sasso pour testerles bruits de
fonds externes
PMTs bas BdFune contribution de lAPC
18
Conclusions

• Soleil des données fondamentales à acquérir
• Neutrinos transition entre la découverte etla
  mesure
• Des expériences difficiles. Si possible
• une expérience diffusion élastique
• une expérience sensible aux ne seuls