Croissance Czochralski de cristaux massifs Li2MoO4 pour les bolomètres scintillants utilisés en détection des évènements rares – CLYMENE

La détection des évènements rares en physique des astroparticules au moyen de bolomètres cryogéniques à chaleur-scintillation (BCCS), dont le cœur est constitué de cristaux massifs, est un champ de recherche en plein essor qui englobe la quête des particules élémentaires du halo de matière noire de notre galaxie, de la nature du neutrino – qui pourrait révéler un nouveau type de matière -, et l’exploration spectroscopique des neutrons rapides constituant le fond ultime trouvé sur les sites souterrains de détection directe de la matière noire. Il s’avère que des cristaux volumineux de Li2MoO4, dans un intervalle de masse 350-500 g, seraient d’excellents candidats pour construire de tels BCCS capables de détecter deux types d’évènements : les déclins double beta sans neutrino (0n-DBD) et la spectroscopie de neutrons rapides rares. Nous proposons de faire croître des monocristaux de Li2MoO4 qui ne soient pas seulement plus volumineux, mais de pureté et de qualité sans précédents, par la méthode de tirage Czochralski optimisée par modélisation, par des caractérisations exhaustives des monocristaux et des tests exploratoires de fonctionnement en bolomètre. CLYMENE fera tomber les frontières entre cristallogéniteurs et physiciens des astroparticules, et bénéficiera des apports des deux communautés convergeant vers un projet collaboratif interdisciplinaire unique. Le but principal de CLYMENE est de poser les bases de BCCS adaptables, capables de détecter les 0n-DBD, et d’ouvrir la voie au développement d’un spectromètre cryogénique de neutrons rapides transportable. Dans le projet CLYMENE, le retour d’expérience entre les mesures de scintillation, les performances de détecteurs (bruit de fond) et la croissance cristalline permettront d’élaborer un cristal pilote de Li2MoO4 de 500 g, ainsi que trois cristaux pilotes de Li2MoO4 de masse identique, dont un sera enrichi à 95 % en 6Li et deux autres seront enrichis à 99.9 % en 7Li. L’équipe du projet CLYMENE s’appuie sur une synergie entre des scientifiques expérimentés appartenant à des équipes complémentaires : un laboratoire de cristallogenèse, un laboratoire de simulation des procédés de croissance, une plateforme technologique de croissance cristalline et un laboratoire de physique des astroparticules.