Mesures d'étalonnage aux neutrons et caractérisation par étude Monte Carlo de la réponse des détecteurs à gouttelettes surchauffées conçus pour la recherche et la détection directe du neutralino (la matière sombre) menant aux résultats finaux de l'expérience PICASSO

Les observations astronomiques et cosmologiques prédisent l'existence de la matière sombre,  et qu'elle constituerait 85% de la masse totale de l'univers.  En parallèle, la supersymétrie qui permet d'expliquer certaines lacunes du modèle standard  prédit également l'existence de la matière sombre,  qui prendrait la forme d'une nouvelle particule fondamentale nommée le neutralino.  Le projet PICASSO a été mis sur pied afin de détecter directement les reculs nucléaires causés  par la collision entre un neutralino et un atome de fluor du fréon qui compose  la matière active des détecteurs à gouttelettes surchauffées.   Le perfluorobutane (C4F10) est maintenu dans un état liquide métastable,  et le dépôt d'énergie occasionné par un recul nucléaire provoque une transition de phase  de l'état liquide à gazeux. Ce processus génère à travers le détecteur une onde de pression,  et le signal acoustique résultant est enregistré par des senseurs piézo-électriques.  L'étalonnage des détecteurs à gouttelettes surchauffées avec des neutrons est nécessaire  pour pouvoir comprendre leur fonctionnement et afin de prédire leur réponse aux neutralinos.  Cela est fait avec l'accélérateur Tandem Van de Graaff de l'Université de Montréal.  Les mesures prises avec l'accélérateur sont ensuite comparées à des simulations Monte Carlo  réalisées avec l’environnement de développement logiciel GEANT4 (GEometry ANd Tracking 4)  qui reproduisent entièrement l'expérience d'étalonnage, de la géométrie du montage  jusqu'à l'énergie déposée lors des interactions nucléaires.  Les résultats de l'étalonnage permettent finalement d'obtenir de meilleures limites d'exclusion  sur la section efficace dépendante du spin de l'interaction entre le neutralino et le proton  qui sont extraites des données expérimentales acquises au laboratoire souterrain SNOLAB. The astronomical and cosmological observations predict the existence of dark matter,  and that it would make up 85% of the total mass of the universe. In parallel, supersymmetry which explains shortcomings of the standard model, also predicts the existence of dark matter, which would take the form of a new fundamental particle named the neutralino.  The PICASSO project was set up to directly detect nuclear recoils induced by the collision  between a neutralino and a fluorine atom of the freon that makes up the active mass of the superheated droplets detectors.  The freon (C4F10) is being maintained in a liquid metastable state, and an energy deposition occasioned by a nuclear recoil can trigger a phase transition from the liquid to the gaseous phase. This process generates through the detector a pressure wave and the resulting acoustic signal can be recorded by piezo-electric sensors.  The calibration of the superheated droplets detectors with neutrons is essential in order to understand their functioning  and to predict their response to neutralinos. This is done with the Tandem Van de Graaff accelerator at the University of Montreal.  The measurements taken at the accelerator are then compared to Monte Carlo simulations implemented with the software development  environment GEANT4 (GEometry ANd Tracking 4) which reproduce the calibration experiment entirely, from the setup geometry  to the deposited energy after nuclear interactions.  The results from the calibrations allow to obtain better exclusion limits on the spin dependent cross-section of the  neutralino-proton interaction which are extracted from the experimental data acquired at the SNOLAB underground laboratory.

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