L'Expérience Picasso

La technique de surchauffe des gouttelettes

    Le degré de métastabilité du liquide surchauffé dépend de la différence de température ainsi que de la pression de la vapeur et de la pression externe appliquée. À une température donnée, la formation de bulles se produit seulement si, à l’intérieur d’une région de taille critique, l’énergie déposée E_dep,  dépasse une énergie de seuil E_min.

                         

    Dans la relation, dE/dx est l’énergie moyenne déposée par unité de distance.
Bien que ce détecteur soit un dispositif de seuil, le spectre d’énergie de recul peut être enregistré en variant la température, ce qui change son seuil.

    Puisque l’on sait que les larges pertes d’énergie du noyau sont caractéristiques du recul de celui-ci, les conditions d’opération peuvent être arrangées de façon à ce que le détecteur soit complètement sensible au recul des noyaux mais aussi insensible aux rayons gamma et aux évènements induits par les muons cosmiques avec un petit dE/dx. Par exemple, quand on opère avec un tel dispositif à un seuil de recul de 5 KeV, les évènements induits par les rayons gamma sont rejetés d’un facteur de plus de dix millions! C’est un aspect très important pour la détection de la matière noire car les évènements induits par celle-ci sont très rares. Toutes les précautions d’usage sont donc appliquées pour éviter les rayonnements parasites présents dans l’enceinte du détecteur.

    Ce détecteur à gouttelettes, insensible au bruit de fond, est aussi utilisé en spectroscopie à neutron et pour des dosimètres à neutron personnel puisque le recul induit par les neutrons peut être détecté sans ambiguïté même en présence d’un large champ de radiation gamma (voir technologie industrielle des gouttelettes).

    À l’inverse des chambres à bulles utilisées dans la physique des hautes énergies mais basés sur le même principe, les détecteurs à gouttelettes sont continuellement en activité puisqu'une seule gouttelette à la fois subit une transition de phase. Occasionnellement, c’est-à-dire toutes les trente heures, le contenu du détecteur est mis sous pression afin de transformer les bulles de gaz en un liquide fait de gouttelettes. De plus, les détecteurs à gouttelettes peuvent facilement être calibrés en grande quantité avec des sources radioactives.

...et voici ce à quoi ressemble le détecteur Picasso.