Comprendre les neutrinos: recherches haute sensibilité de la désintégration double bêta sans neutrino avec cupid et cross // understanding neutrinos: high-sensitivity searches for neutrinoless double beta decay with cupid and cross

Topic description

L'expérience CUPID (CUORE Upgrade with Particle ID) vise la mise en évidence de la désintégration double bêta sans neutrino, un processus fondamental pour déterminer la nature du neutrino (Majorana vs Dirac) et sonder la violation du nombre leptonique. CUPID s'appuie sur l'utilisation de bolomètres scintillants de grande masse, instrumentés avec des détecteurs de lumière de très haute sensibilité et opérés à très basse température, permettant une identification efficace des particules et une réduction drastique des bruits de fond.
La thèse contribuera à plusieurs volets essentiels à la préparation de CUPID et à l'atteinte de sa sensibilité cible :
Développement et optimisation de détecteurs de lumière basés sur l'effet Neganov-Trofimov-Luke (NTL), visant à réduire les seuils en énergie, à renforcer la capacité de discrimination particule-γ/β/α et, de manière cruciale, à améliorer la réjection des événements de pile-up.
Participation à l'assemblage et aux campagnes de tests des prototypes de tours CUPID au LNGS (Laboratoire Souterrain du Gran Sasso, Italie), en étroite collaboration avec les équipes internationales impliquées dans le projet.
Analyse des données issues des tours prototypes, incluant l'extraction des performances bolométriques et photo-bolométriques, ainsi que l'évaluation quantitative de leur impact sur la sensibilité globale de CUPID.
Analyse des données du démonstrateur CROSS au laboratoire souterrain de Canfranc, une installation capable d'atteindre la meilleure sensibilité mondiale sur le double bêta sans neutrino de l'isotope Mo-, tout en fournissant une plateforme unique pour l'étude avancée des performances des détecteurs NTL, essentielles pour CUPID.
Études du modèle de fond et simulations de sensibilité intégrant les résultats expérimentaux, afin de déterminer la capacité réelle de CUPID à explorer la région de masse effective du neutrino Majorana correspondant à la hiérarchie inversée.
Le doctorant développera ainsi un profil complet, à l'interface entre R&D instrumentale cryogénique, construction et exploitation de dispositifs bolométriques, analyse avancée de données et modélisation de sensibilité, au cœur d'une expérience internationale de tout premier plan en physique des neutrinos.
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The CUPID experiment (CUORE Upgrade with Particle ID) aims to detect neutrinoless double-beta decay, a fundamental process for determining the nature of the neutrino (Majorana vs. Dirac) and probing lepton number violation. CUPID relies on the use of large-mass scintillating bolometers instrumented with ultra-sensitive light detectors and operated at very low temperature, enabling efficient particle identification and a drastic reduction of background events.
The PhD thesis will contribute to several key aspects of CUPID's preparation and of achieving its target sensitivity:
Development and optimization of light detectors based on the Neganov–Trofimov–Luke (NTL) effect, with the goals of lowering energy thresholds, enhancing γ/β/α particle discrimination, and—critically—improving the rejection of pile-up events.
Participation in the assembly and testing campaigns of CUPID prototype towers at the LNGS (Gran Sasso National Laboratory, Italy), in close coordination with the international teams involved in the project.
Data analysis of the prototype towers, including the extraction of bolometric and photobolometric performance metrics, as well as a quantitative assessment of their impact on CUPID's overall sensitivity.
Analysis of data from the CROSS demonstrator at the Canfranc Underground Laboratory, an installation capable of achieving the world's best sensitivity to neutrinoless double-beta decay of Mo-, while providing a unique test platform for advanced studies of NTL detector performance, which is crucial for CUPID.
Background model studies and sensitivity simulations integrating the experimental results, to determine CUPID's actual capability to probe the effective Majorana neutrino mass region corresponding to the inverted hierarchy.
The PhD candidate will thus develop a comprehensive profile at the interface of cryogenic instrumental R&D, bolometric detector construction and operation, advanced data analysis, and sensitivity modeling, at the heart of a major international experiment in neutrino physics.
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Début de la thèse : 01/10/
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Contrats ED : Programme blanc GS-Physique