Neutrino propagation in dense environments : phenomenological aspects and extended description

par Daavid Väänänen

Thèse de doctorat en Physique théorique

Sous la direction de Maria Cristina Volpe.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .


  • Résumé

    Cosmic neutrinos provide a natural probe to study both the fundamental properties of neutrinos and the underlying physics of their sources. In this Thesis, we first present new predictions for the expected supernova neutrino signal in Helium And Lead Observatory currently operational at SNOLAB, Canada. Our calculations include the usual MSW effect and also the collective effects due to the neutrino-neutrino interactions. We show that information can be extracted on the precise shape of the primary neutrino energy spectra emitted at neutrinospheres using the one- and two-neutron emission channels in HALO. Then, we focus on the theoretical description of neutrino propagation in dense environments. We use an original approach based on the Bogoliubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon hierarchy allowing us to reproduce the commonly employed mean-field evolution equations and to go beyond this approximation. Particularly, we derive a new set of equations including pairing type correlations between neutrinos and anti-neutrinos. This is the first time such pairing type correlations have been explicitly considered in a supernova environment. Finally, we introduce simplified methods to study neutrino evolution in astrophysical and cosmological environments. We present a general linearization procedure and apply it both to the derived mean-field equations and to the extended evolution equations including neutrino–anti-neutrino pairing correlations. The stationary state corresponding to the extended Hamiltonian is obtained by generalizing the fermionic Bogoliubov-Valatin quasi-particle transformations.

  • Titre traduit

    Propagation des neutrinos dans des milieux denses : aspect phénoménologiques et description détaillée


  • Résumé

    Les neutrinos cosmiques fournissent une sonde naturelle pour étudier à la fois les propriétés fondamentales des neutrinos et la physique de leurs sources. Dans cette thèse, nous présentons tout d'abord des nouvelles prédictions du signal neutrino de supernova attendu dans l'observatoire HALO opérationnel a SNOLAB. Nos calculs incluent l'effet MSW et les effets collectifs dus aux interactions neutrino-neutrino. Nos résultats montrent que l'on peut extraire des informations sur la forme précise des spectres d'énergie primaires des neutrinos émis à la neutrino-sphère. Puis, nous nous concentrons sur la description théorique de la propagation des neutrinos dans les milieux. Nous utilisons une approche originale basée sur la hiérarchie Bogolioubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon pour dériver les équations, couramment utilisés, d'évolution de neutrinos basées sur le champ moyen et pour aller au-delà de cette approximation. En effet, nous présentons un nouvel ensemble d'équations incluant les corrélations d'appariement entre les neutrinos et les anti-neutrinos. C'est la première fois que de telles corrélations sont prises en compte dans le contexte des supernovae. Finalement, nous introduisons des méthodes simplifiées pour étudier les neutrinos astrophysiques et cosmologiques. Nous présentons une procédure générale de linéarisation et son application à la fois aux équations de champ moyen et aux équations d'évolution étendues, comprenant les correlations des paires neutrino-antineutrino. Les états stationnaires correspondant à l'Hamiltonien étendu sont déterminés en introduisant des transformations généralisées de Bogolioubov-Valatin pour des quasi-particules fermioniques.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.155-171.

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