Détecteurs cryogeniques
Responsable du WP: Julien Billard
De nombreuses applications en physique des astroparticules et en cosmologie nécessitent des détecteurs avec un bruit de fond extrêmement faible et la possibilité de contrôler et de mesurer de faibles dépôts d’énergie. Dans ce contexte, les détecteurs cryogéniques présentent l’avantage de mesurer la puissance ou l’énergie déposée dans l’absorbeur grâce aux effets thermiques induits. Pour ces raisons, ils fonctionnent à des températures très basses, proches du zéro absolu. Traditionnellement les capteurs sont dits cryogéniques si leur température est inférieure à l’hélium liquide (4K), certains d’entre eux fonctionnent à des températures aussi basses que 10mK.
Il existe deux grandes classes de détecteurs cryogéniques :
- Bolomètres massifs individuels, allant généralement de quelques g à l’échelle du kg. Leur application principale est la détection de processus rares tels que la recherche d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard, y compris la recherche directe de matière noire, la double désintégration bêta sans neutrinos (0𝜈ββ) et la diffusion cohérente du noyau de neutrinos (CE𝜈NS). Des mesures simultanées de la chaleur et de l’ionisation ou de la lumière peuvent aider à atténuer les bruits de fond attendus. Les R&D en cours visent à améliorer la sensibilité et à abaisser le niveau de fond.
- Réseaux de bolomètres, réalisés selon des procédés de fabrication collectifs, pouvant atteindre plusieurs milliers de petits pixels, offrant ainsi une meilleure résolution énergétique, spatiale et temporelle. Les principales technologies de capteurs sont les détecteurs à inductance cinétique (KID) et les réseaux supraconducteurs de capteurs de bord de transition (TES). Les applications de ces détecteurs sont principalement en cosmologie et dans les domaines mm/sub-mm et infrarouge mais peuvent couvrir, en principe, une bande beaucoup plus large, incluant la détection des rayons X ou gamma.
Le développement des détecteurs cryogéniques est actuellement très actif et la communauté française dispose d’une expertise de pointe dans le domaine.