Добірка наукової літератури з теми "Chambres à projection temporelle (physique)"

La TPC (Time Projection Chamber) de DELPHI, en fournissant 16 points tri-dimensionnels par trace chargée, joue un rôle pivot dans la reconstruction des événements L. E. P. Ce détecteur en mesurant l'énergie déposée le long des trajectoires permet également une identification des particules ; en particulier, il rend possible une séparation à 3 écarts types entre électron et pion jusqu'à 7. 5 GeV. Dans cette thèse, nous développons le contrôle des systématiques dans la mesure de l'énergie déposée. En particulier, nous présentons les résultats de la calibration des 12 chambres proportionnelles de la TPC de DELPHI. Ces mesures permettront de bénéficier au mieux du pouvoir d'identification de la TPC. Dans la deuxième partie de cette thèse, différentes méthodes de mesures des oscillations des mésons beaux, sont abordées. Dans cette étude, le type de résultats qui peuvent être obtenus à DELPHI, est estimé. On s'est attaché plus particulièrement à introduire une mesure différentielle des oscillations qui apparaît comme la seule méthode permettant de mesurer le mélange maximal attendu pour des mésons B⁰s √ B⁰s
The TPC (Time Projection Chamber) of DELPHI which gives 16 tridimensional space-points for each charged track, is fondamental in the reconstruction of L. E. P. Events with complex topology. This detector with its measurement of the energy lost by particles in the Ar/CH4 mixture, permits also separation between electron and pion at 3 standard deviations below 7. 5 GeV. In this thesis we develop the control of systematic errors in the energy lost measurement. More precisely, we present results on the 12 TPC proportional chambers calibration. With these measurements we can use the identification power of the TPC in the best condition. In the second part of this thesis, we develop different methods on the beauty meson oscillation measurement. We estimate the possibility for the DELPHI detector in this sector. Particularly, we introduce the differential measurement of the oscillation which seems to be the only method to have access to the maximal mixing of the B⁰s √ B⁰s mesons

T2K est une expérience d'oscillation de neutrinos à longue ligne de base se déroulant au Japon et dont l'objectif est la mesure de l'angle de mélange 013. L'expérience utilise pour cela un faisceau intense de neutrinos muoniques et observe les oscillations en neutrinos électroniques, me, dans le détecteur Super-Kamiokande situé à 295 km de la source des neutrinos. Cette thèse présente une mesure de la contamination intrinsèque du faisceau en ve, qui représente le bruit de fond principal à la recherche des oscillations. Pour introduire l'analyse, le phénomène d'oscillation de neutrinos, le dispositif expérimental de l'expérience T2K, ainsi que les premiers résultats publiés de l'expérience, sont présentés. La mesure de la contamination est faite en utilisant les données récoltées en 2010 et 2011 par le détecteur proche de l'expérience, situé à 280 m de la source du faisceau. Une sélection d'interactions par courant chargé de ve, puis de vi,„ est effectuée afin de mesurer le rapport du nombre d'interactions ve/vii, et estimer la contamination du faisceau. Le résultat obtenu avec les données est compatible avec la prédiction faite par simulation, avec une contamination de l'ordre de 1%. Ce manuscrit présente également une étude de l'alignement des modules MicroMegas équipant les détecteurs TPC du détecteur proche. Il est montré que des défauts d'alignement des modules entraînent des biais dans la mesure de l'impulsion des particules chargées observées dans les TPC. Des données de rayons cosmiques traversant les TPC sont utilisées afin de mesurer l'alignement relatif des modules et de corriger ses effets lors de la reconstruction des événements
T2K is a long baseline neutrino experiment currently running in Japan, which aims at measuring the mixing angle 013. The experiment uses a high intensity beam of muon neutrinos, and observes the oscillations into electron neutrinos, ve, at the Super-Kamiokande detector, 295 km away from the neutrino source. This thesis presents a measurement of the intrinsic beam contamination in electron neutrinos, which is the dominant background when looking for this kind of oscillations. As an introduction to the analysis, the T2K experimental setup is presented, as well as the first published T2K oscillation results. The beam contamination measurement is made from a data set taken in 2010 and 2011 by the near detector of the experiment, located at 280 m from the beam source. Selection criteria are defined to create two samples of charged current electron neutrino interactions and charged current vii interactions, in order to calculate the ratio of the number of interactions and estimate the beam contamination. The result is in agreement with the beam simulation and shows a contamination in ve of the order of 1%. This thesis also contains a study of the alignment of the MicroMegas modules on the near detector TPCs. It is shown that misalignments between modules can introduce a bias in the momentum mea-surement of the charged particles crossing the TPCs. Cosmic ray data is used to determine the relative misalignments between modules and correct the related effects in the event reconstruction

L’étude des noyaux à la drip-line proton est un outil récent et puissant pour sonder la structure nucléaire loin de la vallée de stabilité. En particulier, le phénomène de radioactivité deux protons prédit théoriquement en 1960 a été découvert expérimentalement en 2002. Ce travail de thèse concerne une expérience réalisée au GANIL dans le but d’étudier la radioactivité 2pde 54Zn avec une chambre à projection temporelle, développée pour la détection individuelle de chaque proton et la reconstruction de leur trajectoire en trois dimensions. L’analyse des données a permis de déterminer les corrélations en énergie et en angle entre les deux protons.Celles-ci ont été comparées à un modèle théorique qui prend en compte la dynamique de la décroissance, permettant d’obtenir des informations sur la structure de l’émetteur. La statistique obtenue étant très faible, l’interprétation des résultats reste encore limitée mais ces résultats ouvrent de très belles perspectives sur les études futures des noyaux aux limites d’existence
The study of nuclei at the proton drip-line is a recent and efficient tool to prove the nuclearstructure far from stability. In particular, the two proton radioactivity phenomenonpredicted in 1960 has been discovered in 2002. This PhD thesis concerns an experiment realisedat GANIL, in order to study the 2p radioactivity of 54Zn with a time projection chamber,developed for the individual detection of each proton and the reconstruction of their tracksin three dimensions. The data analysis allowed to determine the correlations in energy andangle between the two protons. They have been compared to a theoretical model, which takesinto account the dynamics of the emission, giving information about the structure of theemitter. However, due to the very low statistics, the interpretation of the results is limitedbut these results open very interesting prospects for further studies of nuclei at the limits ofthe existence

La mise en évidence de décroissances radioactives à plusieurs particules nécessite un détecteur multi-trace tel qu'une chambre à projection temporelle (TPC) dont le point de fonctionnement peut-être réglé selon la nature des éléments étudiés. La modélisation électrique d'un détecteur de ce type révèle qu'en fonction des conditions d'utilisation et de la nature des éléments étudiés, la dynamique des signaux générés peut s'élever au-delà de cinq ordres de grandeur. Un système de traitement spécifiquement dédié à cette application doit donc être étudié. Pour satisfaire aux contraintes du matériel expériemental, ce système doit être intégré et son architecture fonctionnelle doit être semblable à celle du prototype présenté. La topologie de l'étage d'entrée du prototype restreint la dynamique de traitement. La solution étudiée pour résoudre ce problème consite à substituer cet étage par un circuit convoyeur de courant de deuxième génération (CCII) à sorties multiples. L'étude de sa linéarité conduit à envisager l'amplitude maximale des signaux qu'il est apte à traiter. Une dynamique supérieure à 1. 10(exposant 5) est atteinte en simulation, en réalisant des circuits de filtrage adapté. L'optimisation de ce convoyeur et des filtres permettrait d'augmenter encore cette dynamique
The emphasis on many-particles radioactive decays requires a tracking detector like a Time Projection Chamber (TPC), which operating point can be set in accordance with the nucleides analyzed. The electrical model of such a detector reveals that, depending on its operating conditions and the nature of elements under study, the signals dynamic range can be up to more than five orders of magnitude. Consequently, an application specific processing system has to be designed. To meet the requirements of the experimental equipment, this system muste be integrated and its functional architecture muste be similar to the one of the prototype presented. The topology of the input stage of the protoype narrows the dynamics of the processing. The solution suffested to solve this problem consists in substituting this stage by a second generation current conveyor (CCII) with multiple outputs. The study of its linearity leads to predict the highest signal amplitude that it's able to process. A dynamic range greater than 1. 10(5) obtained in simulation with adapted filters. Optimization of this conveyor and filters coukd lead to extend even more this dynamic range

Une grande ‘Chambre à Projection Temporelle’ (TPC) est un candidat pour la détection et la mesure des traces chargées auprès de l’ILC, collisionneur linéaire d’électrons et de positons de 31 km permettant d’atteindre des énergies dans le centre de masse de 250 GeV à 1 TeV. Le travail de R&D décrit dans cette thèse porte sur un type nouveau de TPC, dont la lecture est assurée par des Micromégas à anode résistive. Ce dispositif permet de répartir le signal électrique sur plusieurs carreaux, même lorsque la charge est déposée sur un seul carreau. Il permet aussi de protéger l’électronique, ce qui est utilisé dans notre prototype pour miniaturiser les cartes de lecture. Dans ce travail, des modules Micromégas ont été testés et caractérisés, dans un premier temps, en faisceau, un par un au centre de la chambre, puis 7 modules montés en même temps de façon à couvrir la surface. Egalement, des tests sur un banc équipé d’une source de ⁵⁵Fe ont permis de caractériser les 7 modules utilisés. Une résolution en position de 60 microns par ligne de carreaux est obtenue à petite distance de dérive. L’uniformité est aussi évaluée, et des distorsions pouvant atteindre environ 500 microns sont observées. L’ensemble des résultats démontre l’adéquation de ce type de lecture à la TPC pour l’ILC. La fraction de retour des ions est également mesurée à l’aide d’un détecteur de même géométrie et avec le même gaz que ceux utilisés dans ces tests, et la loi en rapport inverse des champs est validée à nouveau dans ces conditions. La même technique est appliquée à la réalisation d’un imageur neutron, consistant en une TPC Micromégas ‘plate’ précédée d’un film convertisseur de 1mm d’épaisseur. Les protons éjectés par les neutrons sont ‘suivis à la trace’ dans le volume gazeux, ce qui permet de reconstruire avec une précision meilleure que le millimètre le point d’origine du neutron
The study of the fundamental building blocks of matter necessitates always more powerful accelerators. New particles are produced in high energy collisions of protons or electrons. The by-Products of these collisions are detected in large apparatus surrounding the interaction point. The 125 GeV Higgs particle discovered at LHC will be studied in detail in the next e⁺e⁻ collider. The leading project for this is called ILC. The team that I joined is working on the R&D for a Time Projection Chamber (TPC) to detect the charged tracks by the ionization they leave in a gas volume, optimised for use at ILC. This primary ionization is amplified by the so-Called Micromegas device, with a charge-Sharing anode made of a resistive-Capacitive coating. After a presentation of the physics motivation for the ILC and ILD detector, I will review the principle of operation of a TPC (Chapter 2) and underline the advantages of the Micromegas readout with charge sharing. The main part of this PhD work concerns the detailed study of up to 12 prototypes of various kinds. The modules and their readout electronics are described in Chapter 3. A test-Bench setup has been assembled at CERN (Chapter 4) to study the response to a ⁵⁵Fe source, allowing an energy calibration and a uniformity study. In Chapter 5, the ion backflow is studied using a bulk Micromegas and the gas gain is measured using a calibrated electronics chain. With the same setup, the electron transparency is measured as a function of the field ratio (drift/amplification). Also, several beam tests have been carried out at DESY with a 5 GeV electron beam in a 1 T superconducting magnet. These beam tests allowed the detailed study of the spatial resolution. In the final test, the endplate was equipped with seven modules, bringing sensitivity to misalignment and distortions. Such a study required software developments (Chapter 6) to make optimal use of the charge sharing and to reconstruct multiple tracks through several modules with a Kalman filter algorithm. The results of these studies are given in Chapter 7. The TPC technique has been applied to neutron imaging in collaboration with the University of Lanzhou. A test using a neutron source has been carried out in China. The results are reported in Chapter 8

Cette thèse est dédiée à la création d'un nouvel outil pour la mesure directionnelle du flux muonique basé sur une chambre de projection temporelle fine avec un plan de lecture Micromegas, afin d’obtenir un détecteur compact avec une résolution angulaire compatible avec les applications d’imagerie ou de monitoring en génie civil et géophysique. La principale motivation est de développer un détecteur capable de combler le vide technologique pour les applications ayant des contraintes d’encombrement et de transportabilité. Cette thèse fournit une revue des différentes technologies de détection de muons existantes et de leurs divers domaines d’application. Deux techniques de mesure de muons sont présentées : la muographie par transmission ou par diffusion. La muographie par transmission, mieux adaptée aux grandes cibles, est basée sur l'atténuation du flux naturel de muons cosmiques due à l'opacité des matériaux traversés. Cette technique passive et non-destructive fournit des informations originales qui pourront être intégrées dans une démarche d’imagerie. Le manuscrit présente la méthodologie utilisée pour la caractérisation du flux incident de muons à la fois en surface et dans des conditions souterraines. Une description détaillée des processus physiques déclenchés par le passage d'un muon à travers le détecteur est fournie. Les résultats des simulations des processus de formation du signal sont présentés et commentés pour justifier les choix du design des composants clés afin de répondre aux exigences de performance quant à résolutions temporelle, spatiale et angulaire. L'influence des paramètres opérationnels ou externes tels que le gain, la température ou la présence de contaminants est également traitée. La thèse étudie en détail les principales phases de conception et d'assemblage du détecteur MUST2, incluant (i) le design du plan de lecture Micromegas, (ii) le choix du gaz, (iii) le design d'un élément homogénéisateur de champ électrique (iv) le choix de l'instrumentation électronique et du signal de déclenchement associé au passage du muon, et (v) la création d'un système auxiliaire de gestion du gaz. La polyvalence du détecteur MUST2 a été prouvée avec l'utilisation réussie de différentes options de déclenchement et d’acquisition. Les données sont obtenues au travers d’un logiciel développé pour le système d’acquisition modulaire du CERN SRS, puis analysées avec un algorithme de reconstruction de la trajectoire, qui récupère le temps de passage, la position 2D, les angles zénith et azimut des muons qui traversent le détecteur. Les caractéristiques, les performances et les limites de la chaîne d'acquisition de données sont présentées et évaluées. Une série de directives visant à améliorer l’efficacité de la chaîne d'acquisition est proposée. Une série de tests de caractérisation a été effectuée dans différents environnements : faisceau contrôlé de muons, ciel ouvert, au fond d'une vallée et dans des conditions souterraines. Ces tests ont contribué à une meilleure compréhension des performances du détecteur et ont permis de régler ses paramètres opérationnels. Malgré les faibles statistiques des tests, les flux mesurés montrent une bonne corrélation avec les environnements ciblés. Une campagne de mesures en conditions réelles a été menée sur le barrage de Saint-Saturnin-les-Apt (Vaucluse). Les résultats expérimentaux obtenus, sont conformes aux valeurs anticipées par le modèle numérique, la transportabilité sur le terrain et la capacité à effectuer des mesures hors laboratoire à long terme ont été démontrées. En revanche, l’impact de la température externe sur l’acquisition des données devra être compensée pour obtenir une acquisition stable permettant de surveiller l’évolution temporelle du flux de muons. En conclusion, les bons résultats obtenus lors de ces tests permettent de valider la caméra MUST2 à des fins de muographie en transmission
This thesis is dedicated towards the creation of a new direction-sensitive tool for muon flux measurement based on a thin time projection chamber with a Micromegas readout, to achieve a compact detector with an angular resolution compatible with civil engineering and geophysics imagery and monitoring applications. The main motivation is to develop a detector capable to fill the technological gap for applications with compactness and transportability constraints. The dissertation provides a review of the different existing muon detection technologies and their diverse fields of application. Two muon imaging techniques are introduced: transmission and scattering muography. Transmission muography, more suitable for big targets, is based on the attenuation of the natural-occurring cosmic-muon flux due to the opacity of the material they traverse. This non-destructive, passive technique provides original information that can be used for imaging purposes. The work covers the methodology used towards the characterization of the incidental muon flux both on the surface and in underground conditions. A detailed description of the physical processes triggered by the passage of a muon through the detector is provided. Results of the simulations of the signal formation processes are presented and discussed to justify the design choices of the key components so as to meet performance requirements in term of temporal, spatial and angular resolution. The influence of operational or external parameters such as the gain, temperature or presence of contaminants is covered as well. The thesis describes in detail the principal phases of design and assembly of the MUST2 detector, including: (i) the design of the Micromegas readout layout, (ii) the choice of gas, (iii) the conception of an electric field homogenizer, (iv) the choice of the electronics instrumentation and its trigger signal, and (v) the creation of an auxiliary system to manage the gas. The versatility of MUST2 has been proved with the successful use of different trigger options and electronics. The data is acquired by means of software developed for the CERN’s Scalable Readout System electronics and subsequently analyzed with a muon trajectory reconstruction algorithm, which retrieves the: time of passage, 2D position, zenith and azimuth angles of the muons traversing the detector. The characteristics, performance and limitations of the data acquisition chain are presented and evaluated, a series of guidelines towards the improvement of its efficiency of are provided. A series of characterization tests has been carried out in different environments: controlled muon beam, open sky, at the bottom of a valley and in underground conditions. These tests have enabled a better understanding of the performance of the detector and allowed to tune up its operational parameters. Despite the weak statistics of the test runs, the measured muon flux has shown a good correlation with the surrounding target volumes. A campaign of measurements in real field conditions has been carried out at the Saint-Saturnin-les-Apt (Vaucluse, France) dam. The experimental results obtained are in consonance with the values anticipated by the digital model, the field transportability and the capability to perform long-term out-of-lab measurements have been demonstrated. On the downside, the impact of the external temperature on the data acquisition should be balanced out to get a steady acquisition and monitor the temporal evolution of the muon flux. In conclusion, the successful proof-of-concept trial allows to validate the MUST2 camera for transmission muography purposes

La radioactivité deux-protons est un mode de décroissance du noyau atomique ne se produisant que pour des noyaux extrêmement riches en protons, situés au-delà de la limite de cohésion proton des noyaux (drip line). Prédit dans les années 1960, ce phénomène n’a été mis en évidence expérimentalement qu’en 2002 avec l’observation de la décroissance de 45Fe. Jusqu’à maintenant, seuls quatre noyaux se désintégrant par radioactivité deux-protons étaient connus : 45Fe, 48Ni, 54Zn et 19Mg. La recherche de nouveaux émetteurs a été menée lors d’une expérience avec le dispositif EURICA-WAS3ABi au centre RIKEN Nishina en 2015. La décroissance de 59Ge, 63Se, 67Kr et 68Kr a été observée pour la première fois. La radioactivité deux-protons de 67Kr a pu être étudiée ainsi que la décroissance bêta et l’émission retardée de protons de noyaux exotiques de la région. Une chambre à projection temporelle ou TPC (Time Projection Chamber) conçue par le CENBG (2004-2011) a permis d’étudier les corrélations entre les protons pour 45Fe et 54Zn. Une deuxième génération de TPC est développée au sein de la collaboration ACTAR TPC (ACtive TARget for TPC). Ce détecteur doit permettre une vraie reconstruction tridimensionnelle de l’énergie déposée par les particules dans le volume actif, afin d’obtenir une reconstruction des traces plus performantes que l’ancienne TPC. L’électronique générique GET (General Electronics for TPCs) gère le traitement et l’acquisition des signaux. La caractérisation de l’électronique GET ainsi que du démonstrateur de la TPC au CENBG est le deuxième aspect de ce travail de thèse
Two-proton radioactivity is a decay mode of proton-rich nuclei located beyond the proton nuclear existence limit (drip line). Predicted in the 1960s, this process was observed for the first time in 2002 in the 45Fe decay study. Only four two-proton emitters were known so far: 45Fe, 48Ni, 54Zn and 19Mg. A search for new emitters was performed with the EURICA- WAS3ABi setup at the RIKEN Nishina center in 2015. The decay of 59Ge, 63Se, 67Kr and 68Kr was observed for the first time. Two-proton radioactivity of 67Kr together with the beta and delayed proton decay of exotic nuclei in the region were studied. A time projection chamber (TPC) developed at the CENBG (2004-2011) enabled the study of the correlations between the protons for 45Fe and 54Zn. A second generation of TPC is under construction within the ACTAR TPC (ACtive TARget for TPC) collaboration. This detector enables a reconstruction in three dimensions of the energy deposited in the active volume which allows a more efficient reconstruction of the tracks as compared to the previous TPC. The generic electronics GET (General Electronics for TPCs) manages the processing and acquisition of the signals. The characterisation of the GET electronics and the TPC demonstrator at CENBG is devoted to the second aspect of this PhD work

Un point crucial pour l'avenir de la Physique de Particules est représenté par la mesure de la masse et des paramètres qui gouvernent l'oscillation du neutrino, qui représentent la preuve de Physique au-delà du Model Standard. Depuis 2011, la valeur élevée de l'angle de mélange θ13 a ouvert la voie à l'étude sur la violation de symétrie CP dans le secteur de neutrinos. La nouvelle d'expérience DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) a un potentiel sans précédent pour effectuer une mesure très précise des paramètres d'oscillation de neutrinos. Les grands détecteurs souterrains nécessaires pour ces mesures sont également un milieu idéal pour la recherche sur la désintégration du proton et sur la détection de neutrinos provenant des supernovæ.Les détecteurs utilisés pour ces expériences sont des Chambres à Projection Temporelle (TPC) dont la cible, très massive, est constituée d'Argon liquide. Ce type de détecteur fournit une très bonne résolution de l'image reconstruite, une excellente résolution en énergie et la possibilité d'identifier les particules. Les interactions de neutrino produisent des particules secondaires qui ionisent l'Argon liquide. Les électrons produits par ionisation dérivent sur de longues distances, sous l'effet d'un champ électrique uniforme, jusqu'à rejoindre l‘anode, équipé pour la détection de la charge. Un signal électrique est alors produit et est utilisé pour la reconstruction 3D de l'interaction primaire. La TPC en double phase liquide-gaz permet l'amplification du signal d'ionisation par des avalanches qui se produisent dans la phase gazeuse, au-dessus du niveau de l'Argon liquide. Cette technique améliore les performances de TPC en augmentant son rapport signal-bruit.Le sujet de cette thèse est la reconstruction et l'analyse de la charge de ionisation dans une TPC à Argon liquide : la mesure de la charge déposée par ionisation fournit des informations sur l'énergie cinétique des particules chargées secondaires produites lors de l'interaction de neutrino. De cette manière, il est possible de reconstruire l'énergie du neutrino entrant, de reconnaître et d'exclure les gerbes électromagnétiques produites par la désintégration du π0, puis d'effectuer l'indentification des particules à partir de la mesure des pertes d'énergie par ionisation.La mesure de l'ionisation implique une connaissance approfondie de la réponse du détecteur et de l'algorithme de reconstruction. Afin d'atteindre cette connaissance nous avons effectué une analyse détaillée des pertes d'énergie simulée en étudiant les divergences entre les connaissances théoriques et la simulation. Ensuite, la simulation de la réponse du détecteur a été étudiée, en examinant les effets qui se produisent au cours de la dérive des charges et les effets liés à la réponse de l'instrumentation électronique. Ces effets systématiques qui affectent l'exactitude de l'algorithme de reconstruction sont alors caractérisés par rapport à la génération de Monte-Carlo.Par la suite, nous montrons comment il est possible d'effectuer la rejection du π0 en étudiant les pertes d'énergie. En mesurant les pertes par ionisation au début d'une gerbe électromagnétique, il est possible de comprendre si elle a été produite par un électron ou par un photon. Cela permet d'exclure le bruit dans la détection des produits d'interaction du neutrino électronique fondamental pour la recherche de la violation de CP.Par l'échantillonnage de la trajectoire d'une particule chargée et en mesurant ses pertes d'énergie, il est possible d'identifier sa nature. Une TPC à Argon liquide est également un milieu idéal pour la recherche de la désintégration du proton, en particulier en regardant certaines chaînes de désintégration exclusives, comme p  K + ν. Dans cette thèse, nous montrons ainsi comment il est possible d'identifier des particules à partir de la mesure des pertes d'énergie, et plus abordons plus précisément l'identification des kaons chargés
This is an important period for High Energy Physics: many recent results, including the Higgs discovery and its characterization, confirm the Standard Model. A crucial point for the future of Particle Physics is the study of neutrino masses and mixing representing the first established evidence of physics beyond the SM. Since 2011, the large value of the ?13 mixing angle opened the way to the investigation of CP violation in the neutrino sector. A next generation long baseline neutrino experiment (DUNE) has unprecedented potential to precisely measure the neutrino oscillation parameters, determine the neutrino mass hierarchy and has a very good chance to discover evidence for CP violation in the leptonic sector. The large underground neutrino detectors needed for this task will also address the search for proton decay and the observation of supernovae neutrinos. Giant Liquid Argon Time Projection Chambers (LAr TPCs) will be employed as neutrino targets and detectors. They provide bubble-chamber quality imaging coupled to excellent energy resolution and particles identification capabilities. Neutrino interactions produce secondary particles, which ionize the liquid argon. The ionization electrons drift for long distances along a uniform electric field until they reach finely segmented and instrumented anodes, producing electrical signals that are used for 3D imaging and analysis of the primary interactions. The dual-phase readout technique foresees the amplification of the ionization signal in avalanches occurring in the gas phase above the liquid argon level. This technique further enhances the performance of the LAr TPC by increasing its signal to noise ratio. The subject of thesis is the ionization charge reconstruction and analysis in the dual-phase LAr TPC: the ionization charges measurement provides information about the kinetic energy of secondary charged particles produced in neutrino interactions. In this way, it is possible to reconstruct the incoming neutrino energy, identify and reject electromagnetic shower generated by photons from pi0 decay and perform particles identification from the measurement of the specific ionization losses.The measurement of the ionization implies a detailed knowledge of the detector response and of the reconstruction algorithm. In order to achieve this knowledge a detailed analysis of the simulated energy losses has been performed by studying the differences between the theoretical knowledge and the simulation

L'existence de la matière noire est connue en raison de ses effets gravitationnels et, bien que sa nature reste inconnue, un des candidats principaux est une particule massive interagissant faiblement (WIMP) ayant une masse de l'ordre de 100 GeV/c2 et un couplage avec la matière ordinaire à ou en dessous de l'échelle faible. Dans ce contexte, DarkSide-50 cherche à observer des collisions WIMP-nucléon dans une chambre de projection temporelle à double phase d'argon liquide située dans le sous-sol du Laboratoire National du Gran Sasso (LNGS), en Italie. Le travail présenté ici porte d'abord sur une étude de la réponse de l'argon aux reculs nucléaires et électroniques à basse énergie, réalisée par l’expérience ARIS. Le quenching nucléaire a été mesuré avec la meilleure précision à cette date et la probabilité de recombinaison a été comparée aux différents modèles décrivant le comportement de l’argon en présence d’un champ électrique. Une recherche de WIMP de faible masse effectuée avec les données DarkSide-50 est également présentée. Cette recherche porte sur le signal d'ionisation du TPC, conduisant à un seuil de détection beaucoup plus bas qu’en utilisant la scintillation. Les limites d'exclusion atteintes figurent parmi les meilleures pour des masses de WIMPs entre 2 et 6 GeV/c2 et sont les plus strictes pour une cible d'argon liquide. Enfin, une recherche préliminaire d'axions est présentée. Les axions sont un candidat alternatif à la matière noire, proposés comme solution au « problème CP fort ». Ils sont détectables dans DarkSide via leur couplage aux électrons. Cette recherche nécessitait l'amélioration de la modélisation des sources de fond en prenant en compte les effets atomiques dans les spectres d'émission bêta, ainsi qu'une redéfinition de l'échelle d'énergie convertissant l'énergie déposée dans l’argon en un certain nombre d'électrons extraits. Les résultats présentés montrent une sensibilité encourageante aux axions solaires et galactiques
The existence of dark matter is known because of its gravitational effects, and although its nature remains undisclosed, one of the leading candidate is the weakly interacting massive particle (WIMP) with mass of the order of 100 GeV/c2 and coupling with ordinary matter at or below the weak scale. In this context, DarkSide-50 aims to direct observe WIMP-nucleon collisions in a liquid argon dual phase time-projection chamber located deep underground at Gran Sasso National Laboratory, in Italy. This work first details the argon calibration realised by the ARIS experiment. ARIS characterised the argon response to low energy nuclear and electronic recoils, down to unprecedented energies. The nuclear quenching was measured with the best precision to this date, and the recombination probability extracted was compared to different models describing the behaviour of argon in presence of an electric field. A search for low mass WIMPs performed with DarkSide-50 data is also presented. This search focuses on the ionisation signal from the TPC, leading much to much lower detection threshold. The achieved exclusion limits are amongst the leading ones, and the most stringent for a liquid argon target. Finally a preliminary search for axions is presented. Axions are an alternative candidate to dark matter, proposed as a solution to the strong CP problem. They are detectable in DarkSide via their coupling to electrons. This search required the improvement of the modelling of the background sources, by taking into account atomic effects in beta emission spectra, as well as a redefinition of the energy scale converting the energy deposited into a number of extracted electrons. The results presented show an encouraging sensitivity to both solar and galactic axions

L'étude des noyaux exotiques est un outil important pour sonder la structure nucléaire des noyaux éloignés de la stabilité. Pour des noyaux situés à la drip-line proton, l'émission directe de protons a été prédite depuis le début des années 1960. Ce travail de thèse est focalisé sur l'étude de la radioactivité 2-protons du noyau 45Fe. Un modèle théorique récent, dit modèle à trois corps, prévoit les corrélations énergétiques et angulaires qui doivent exister entre les protons émis. Afin d'étudier le processus d'émission, une Chambre à Projection Temporelle a spécialement été conçue pour reconstruire en trois dimensions la trajectoire des protons. Elle a été utilisée pendant une expérience sur le séparateur LISE3 du GANIL pour l'étude de 45Fe. Pour la première fois, les deux protons émis ont pu être détectés individuellement. Des outils d'analyse spécifiques ont permis de calculer les corrélations énergétiques entre les protons, montrant qu'ils partagent équitablement l'énergie disponible, tel que le prévoient les différents modèles théoriques. Les corrélations angulaires ont été étudiées, mais le manque de statistique ne permet pas de trancher définitivement sur le processus d'émission mis en jeu même si les données sont en accord avec les prévisions du modèle à trois corps. L'expérience a également permis d'étudier l'émission retardée de protons de 43Cr. L'émission beta-2p a été identifiée ; les corrélations énergétiques et angulaires sont en faveur d'une émission séquentielle des deux protons. Enfin, et pour la première fois, l'émission retardée de trois protons a été observée pour ce noyau.