​La méthode CRAB (Calibrated Recoil for Accurate Bolometry) repose sur l'utilisation d'un dispositif expérimental novateur combinant un cryostat (enceinte permettant de refroidir un détecteur à des températures extrêmement basses) avec à l'intérieur des détecteurs cryogéniques en tungstate de calcium, des détecteurs gamma tout autour et un faisceau de neutrons issus du réacteur, qui vont interagir avec le détecteur cryogénique.

Lorsqu'un neutron est capturé par un noyau du cristal (le cryodétecteur), celui-ci se retrouve dans un état excité puis se désexcite en émettant un photon gamma. Par conservation de l'impulsion, cette émission provoque aussi le recul du noyau avec une énergie inférieure au keV. Dans un détecteur cryogénique refroidi à quelques millikelvins, ce recul se traduit par une infime élévation de température mesurable par un capteur thermique. En mesurant précisément les gammas émis, il est possible d'étalonner la réponse du détecteur sur le recul nucléaire dans la gamme d'énergie critique des 100 eV à 1 keV, essentielle pour les expériences de détection de neutrinos ou de matière noire.

Après une première démonstration de la méthode en 2022 à l'aide d'une source radioactive de neutrons, l'expérience CRAB a été transférée à Vienne afin de bénéficier d'un faisceau de neutrons thermiques de grande pureté, pratiquement exempt de neutrons rapides et de photons gamma parasites. Grâce à une couronne de 28 détecteurs gamma en BaF₂ entourant le cristal, l'équipe a ainsi pu observer, en coïncidence avec le signal thermique du détecteur cryogénique, le photon émis lors de la désexcitation du noyau. Les premières données recueillies ont permis de valider les modèles d'activation du tungstène (W) présent dans le détecteur et de reproduire fidèlement les taux de comptage observés.

Les chercheurs ont également identifié un pic inattendu à 59 keV au sein du spectre des gammas, révélant une transition nucléaire manquante dans les bases de données pour l'isotope ¹⁸⁷W. Les mesures réalisées ont permis d'en déterminer l'intensité, une information qui sera intégrée dans les futures évaluations de données nucléaires. Enfin, l'expérience a permis d'observer pour la première fois des coïncidences entre les signaux thermiques du détecteur cryogénique et les photons gamma associés, démontrant le fonctionnement complet du dispositif.

Les équipes travaillent désormais à améliorer la sensibilité des détecteurs, afin de permettre des calibrations d'une précision inégalée pour les détecteurs de neutrinos et de matière noire. Pour cela, les détecteurs sont optimisés et les bruits électroniques traqués.

Ces travaux, auxquels les chercheurs du CEA-Irfu ont activement contribué, ouvrent de nouvelles perspectives pour l'étude de phénomènes en physique nucléaire à très basse énergie et en physique du solide.