Introduction

Le 7 décembre 2002, les premiers résultats de KamLAND résonnent dans les couloirs du Gran Sasso où je me trouve pour l'installation du détecteur Borexino : après 140 jours de prises de données, l'équipe KamLAND annonce avoir observé une réduction du flux de neutrinos compatible avec la région dite LMA des paramètres d'oscillations ¹ ! Il s'agit d'un résultat majeur dans la physique des neutrinos qui vient clore un chapitre. Ce résultat important affine celui annoncé six mois auparavant par l'équipe canadienne de SNO. Celle-ci a mis en évidence l'oscillation des neutrinos électron émis par le Soleil et montré qu'ils oscillaient au profit des neutrinos muon ou tau. Il faut dire que l'année 2002 fut riche en résultats, tant pour les physiciens des particules que pour le grand public, comme en témoigne le prix Nobel de physique attribué aux travaux de Raymond Davis Jr (de l'expérience Homestake) et Masatoshi Koshiba (de l'expérience Kamiokande) ².

Dans la lignée de ces résultats importants, Borexino est l'expérience grâce à laquelle la « détection en temps réel » des neutrinos solaires de la raie du ⁷Be à 862 keV se fera pour la première fois. Rappelons que toutes les expériences de neutrinos solaires menées jusqu'à présent, n'offraient pas la possibilité d'effectuer conjointement une mesure du taux de neutrinos de basse énergie et une étude de sa variation temporelle. Qui plus est, le taux journalier attendu de neutrinos du ⁷Be est élevé, assurant ainsi une grande statistique : on attend environ 45 événements par jour dans le cadre du Modèle Standard du Soleil, à 12 événements par jour dans le cas d'une conversion complète de neutrinos.

De plus, Borexino est également capable de détecter des neutrinos plus énergétiques : les neutrinos solaires au-dessus du  MeV (neutrinos du ⁸B et neutrinos pep), mais aussi les neutrinos de réacteurs nucléaires (d'énergie moyenne d'environ 3 MeV) et de supernovæ (dont le spectre en énergie s'étend jusqu'à quelques dizaines de MeV). Dans l'objectif de mesurer ces neutrinos au dessus du  MeV, la collaboration a chargé le groupe du PCC, Collège de France, de développer un système de numérisation rapide fonctionnant à 400 MHz (le Flash ADC ou FADC). Actuellement, nous disposons de 34 cartes de ce type, permettant une numérisation de 102 canaux. De nombreux tests ont été effectués, une validation des cartes et du programme d'acquisition s'en est suivi. Sur le prototype de Borexino, le Counting Test Facility (CTF), 4 cartes FADC sont implantées et fournissent actuellement des données.

Le travail présenté ici concerne principalement la détection des neutrinos de réacteurs nucléaires dans Borexino. La première partie, consacrée à un rappel phénoménologique, présente l'oscillation des neutrinos dans le vide (à deux et trois familles) et l'oscillation des neutrinos dans la matière (à deux familles). Je montre, dans le cas des neutrinos issus de réacteurs nucléaires, que le formalisme considéré est celui d'une oscillation dans le vide à deux familles de neutrinos. J'expose ensuite les principes de l'expérience Borexino : la physique de détections des neutrinos, les aspects mécaniques et d'électroniques d'acquisition. Je présente également l'intégration de l'électronique FADC et du programme d'acquisition.

La seconde partie concerne l'étude des neutrinos de réacteurs nucléaires. Le nombre de réacteurs nucléaires considérés, le flux attendu dans Borexino, et comporte une partie simulation des événements positron-neutron, signant leur détection. Nous verrons ainsi, comment Borexino peut contraindre la valeur des paramètres d'oscillation des neutrinos.

Enfin, la dernière partie présente, au travers d'une analyse de données de CTF (campagne CTF III), une limite sur le bruit de fond attendu dans Borexino pour la mesure des neutrinos de réacteurs nucléaires.