Détection des neutrinos solaires dans Borexino

La détection des neutrinos solaires dans Borexino se fait par la mesure de l'électron de recul issu de la diffusion élastique :

$$\nu_{{\alpha}}^{} \rightarrow \nu_{{\alpha}}^{}$$ (3.2)

C'est une diffusion du type Compton. L'électron diffusé possède une énergie maximum d'environ 665 keV pour des neutrinos du ⁷Be à 862 keV (voir figure 3.1).

Il est a noter que l'ensemble des trois neutrinos, désignés par $\nu_{{\alpha}}^{}$ dans la réaction 3.1, peuvent induire la réaction. Dans le cas d'un neutrino ν_μ ou ν_τ, la diffusion élastique sur électron (on notera $\sigma_{{\nu_{\mu,\tau}}}^{}$ la section efficace correspondante) ne se fait que par courant neutre. Par contre pour un neutrino ν_e la diffusion se fait aussi par courant chargé. C'est pourquoi Borexino mesure essentiellement des neutrinos de type électron, dont la section effficace de diffusion sur électron $\sigma_{{\nue}}^{}$ (pour $\nu_{{\isotopes{7}{Be}}}^{}$) est environ cinq fois plus importante que $\sigma_{{\nu_{\mu,\tau}}}^{}$[Bahcall 1989] :

• $\sigma_{{\nue}}^{}$ = 59, 3 ^. 10^-46 cm² ;
• $\sigma_{{\nu_{\mu,\tau}}}^{}$ = 12, 6 ^. 10^-46 cm².

La mesure des électrons diffusés se fait par la collection de lumière issue de sa propagation dans un scintillateur organique (le volume fiduciel^3.3 considéré est de 100 t). Le scintillateur sert à la fois de vertex d'interaction entre neutrinos et électrons et en association avec les photomultiplicateurs (PM), de détecteur de l'électron diffusé.

Figure: Spectre en énergie des électrons de diffusion issus des neutrinos du ⁷Be et spectre comprenant l'ensemble des neutrinos solaires pour une fenêtre en énergie comprise entre 250 keV et 800 keV.

La lumière de scintillation issue de la propagation de l'électron étant émise de manière isotrope, la direction des neutrinos incidents est perdue : le signal sera déterminé de manière statistique.

Le nombre de $\nu_{{\isotopes{7}{Be}}}^{}$ journalier attendu dans Borexino en fonction des solutions possibles des paramètres d'oscillation est présenté dans le tableau 3.1.

Tableau: Nombre d'événements de neutrinos du ⁷Be (entre 250 keV) par jour et pour un volume fiduciel correspondant à 100 t. Le nombre de neutrinos dans le cadre du MSS est indiqué, de même celui pour les différentes solutions des paramètres d'oscillation.

Neutrino du	MSS	LMA	SMA	LOW
7Be	45, 7	26	9, 7	25, 1