Measurement of the muon neutrino cross section through charged-current interactions and search for Lorentz invariance violation at the T2K experiment : neutrino oscillation

par Benjamin Quilain

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Olivier Drapier.

Soutenue en 2014

à Palaiseau, Ecole polytechnique .

Le président du jury était Tsuyoshi Nakaya.

Le jury était composé de Michel Gonin, Michel Guidal, Antonin Vacheret.

Les rapporteurs étaient José Busto, Marcos Dracos.


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  • Résumé

    L'expérience T2K, située au Japon, est une expérience étudiant l'oscillation des neutrinos à longue distance. Elle vise à mesurer les paramètres décrivant ce phénomène d'oscillations quantiques, et plus particulièrement, l'angle de mélange θ13. Ce dernier est mesuré par la production de neutrinos muons à J-PARC et la détection de neutrinos électroniques 295 km plus loin, dans le détecteur Super-Kamiokande. Etant donné que T2K a mesuré un angle de mélange θ13 ≠ 0 à plus de 7σ de confiance, cela ouvre la possibilité de mesurer la phase de violation CP dans les expériences d'oscillation de neutrino. Par la mesure précise des paramètres d'oscillations, T2K a pour but d'apporter les premières contraintes sur l'existence possible d'une phase de violation CP dans le secteur leptonique. Après avoir introduit la théorie d'oscillation des neutrinos ainsi que l'expérience, nous présentons le Générateur de Cone, un dispositif que nous avons développé afin de calibrer le détecteur lointain Super-Kamiokande. Nous étudions ensuite l'uniformité et l'isotropie de ce dernier, avant de mettre en évidence les différentes sources de désaccord entre les données et la simulation du détecteur. Nous montrons en particulier une imperfection dans la simulation de la réflexion de la lumière sur le mur du détecteur. Par la suite, nous présentons la calibration du dépot de charge que nous avons effectuée pour les détecteurs proches et sur axe, INGRID et le Module Proton. En particulier, nous observons un phénomène de diaphonie optique entre des scintillateurs d'un certain type, que nous avons corrigé. Cette calibration est ensuite utilisée pour effectuer la première mesure de section efficace double différentielle des interactions (CC0π) des neutrinos avec le Module Proton. L'incertitude provenant des sections efficaces est l'une des sources principales d'erreurs sur la mesure des oscillations de neutrinos, et le canal CC0π est le canal principal d'interaction des neutrinos dans l'expérience T2K. Nous montrons que notre mesure est en accord avec les mesures récentes de l'expérience MiniBooNE. Enfin, nous présentons la première recherche de signaux de violation de l'invariance de Lorentz dans l'expérience T2K. Nous montrons que les oscillations de neutrinos constituent l'une des sondes les plus sensibles pour ce phénomène. Nous dévoilerons d'abord les raisons de la recherche d'un tel effet, avant de présenter notre résultat de recherche de violation d'invariance de Lorentz qui utilise le détecteur INGRID nouvellement calibré. Nous montrons qu'aucun effet de cette violation n'est observé dans ce détecteur proche de T2K.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VIII-274-LV p).

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  • Bibliothèque : École polytechnique. Bibliothèque Centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C1A 120/2014/QUI
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