Signature du positronium dans les scintillateurs pour la détection des neutrinos – NuToPs

Les antineutrinos électroniques sont généralement observés par réaction de décroissance bêta inverse dans les expériences utilisant des scintillateurs liquides en étudiant la coïncidence temporelle entre le positron et le neutron créés lors de la désintégration. Avant l’annihilation du positron, une paire électron-positron peut former un état ortho-positronium (o-Ps) de longue vie moyenne. La mise en évidence de la distorsion induite par cet état dans la distribution temporelle du signal peut représenter une nouvelle méthode pour signer la présence des positrons et par conséquent celle des anti-neutrinos.

Dans ce projet, nous proposons de développer une nouvelle technique de discrimination de la forme de l’impulsion pour étiqueter les positrons dans les scintillateurs liquides. Une telle technique a une forte potentialité pour l’amélioration de la détection des anti-neutrinos dans les expériences d'oscillation actuelles, dans celles cherchant à détecter les géo-neutrinos ainsi que pour les détecteurs de prochaine génération (de la taille de la Mégatonne) et les systèmes de surveillance des réacteurs nucléaires.

Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons étudier la possibilité de caractériser la probabilité de formation du o-Ps et sa durée de vie dans les scintillateurs liquides et plastiques et d’étudier la dépendance de ces paramètres avec la concentration des dopants ou fluor introduits dans les scintillateurs.

Comme application directe des résultats, nous étudierons la faisabilité d'un détecteur, optimisé pour le contrôle des réacteurs nucléaires, basé sur la signature du positronium.