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Recherche de la décroissance double-bêta 100Mo vers les états excités du 100Ru avec le détecteur NEMO3

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Pour certains noyaux émetteurs double-bêta, la décroissance peut aboutir sur les états excités du noyau fils. Dans ce cas avec les deux électrons sont émis en coïncidence un ou deux rayonnements gamma. Ce processus est défavorisé par rapport à une décroissance vers l’état fondamental à cause du l’énergie de transition qui est réduite. Cependant, dans un détecteur comme NEMO3, la signature de l’événement, deux électrons en coïncidence avec 1 ou 2 rayonnements gamma, permet une réduction drastique du bruit de fond. Elle peut avoir lieu aussi bien pour la désintégration ββ avec 2 neutrinos ββ(2ν) que pour celle sans neutrino ββ(0ν). Pour ce dernier cas, la décroissance est sensible à la masse effective du neutrino et à l’existence d’interaction par courant droit (V+A) pour les neutrinos.

La thèse de Christophe Hugon a porté sur la mesure de la double décroissance bêta du 100Mo (avec et sans neutrino) vers les états excités du 100Ru.

Pour réaliser ce travail, il a été nécessaire de développer un logiciel de reconstruction de la trajectoire des rayonnements gamma qui a été ajouté au programme global d’analyse de NEMO3. L’intérêt de cette reconstruction gamma est de prendre en compte la topologie complexe du parcours des rayonnements gamma dans le détecteur. En effet, les rayonnements gamma peuvent rebondir dans les différents scintillateurs du détecteur et le calcul du temps de vol de chaque particule doit permettre de pouvoir suivre leur parcours. Le calcul du temps de vol prend en compte les incertitudes liées à la longueur de la trace, au lieu d’interaction de la particule, à son énergie… Les probabilités des hypothèses interne (particule venant de la feuille source ββ) et externe (origine hors de la feuille source ββ) sont comparées par la méthode d’ajustement du moindre carré. Ce logiciel est aujourd’hui intégré dans la version C++ (NAT++) du programme d’analyse de NEMO3.

Les résultats obtenus ont permis d’améliorer les limites pour le 100Mo et sont :

• pour la désintégration ββ(2ν) vers l’état excité 2+ : T1/2 = (7,68 ± 0,02(stat) ± 0,54(syst)).1018 ans

• pour la désintégration ββ(0ν) vers le premier état excité 0+ : T1/2 (0+ ➝ 01 +) > 2,6 1023 ans et < 5,6 – 7,6 eV

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(gauche) Spectre de la somme en énergie des 2 électrons émis pour les événements ββ(2ν) du 100Mo vers l’état excité 2+ du 100Ru (2 électrons + 2 gamma) et comparaison aux données simulées. (droite) Distribution angulaire des 2 électrons émis et comparaison aux données simulées.