Measurements of hadron yields from the T2K replica target in the NA61/SHINE experiment for neutrino flux prediction in T2K

par Matej Pavin

Thèse de doctorat en Physique de l'Univers

Sous la direction de Boris Popov.

Soutenue le 27-09-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies / LPNHE (laboratoire) .

Le président du jury était Delphine Hardin.

Le jury était composé de Jacques Dumarchez, Alain Blondel.

Les rapporteurs étaient Fabienne Kunne, Alfons Weber.

  • Titre traduit

    Mesures des rendements en hadrons de la cible de réplique T2K dans l'expérience NA61/SHINE pour la prédiction du flux de neutrinos dans T2K


  • Résumé

    T2K est une expérience de neutrinos à longue ligne de base à base d'accélérateurs au Japon. Le but principal de l'expérience T2K est la recherche d'une violation de la PC dans le secteur du lepton en mesurant l'apparence (anti)neutrino des électrons dans un faisceau muon (anti)neutrino. Le flux (anti) neutrino initial est produit par les désintégrations des hadrons qui proviennent des interactions et des ré-interactions d'un faisceau de protons de 30 GeV avec une cible en graphite de 90 cm de long. La connaissance du flux de neutrinos T2K est limitée en raison des grandes incertitudes liées à la production de hadrons. Une série de mesures de production d'hadrons a été effectuée pour résoudre ce problème, dans l'expérience NA61/SHINE au CERN. Les mesures ont été effectuées avec un faisceau de protons et deux types de cibles : une cible en graphite mince et une réplique de la cible T2K. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur les données cibles de la réplique T2K prises en 2010 et sur le développement du logiciel d'analyse et d'étalonnage. Le but de ces mesures est de contraindre complètement la production de π+, π+, π-, K+, K+, K- et p provenant de la surface cible en mesurant les rendements différentiels en hadrons dans les cellules du momentum de particules sortant (p), l'angle polaire (θ) et la position longitudinale sur la surface cible (z). Cela permettra de réduire les incertitudes du flux de neutrinos T2K d'environ 10 % à moins de 5 %. Les prédictions de Fluka2011.2c.5 Les listes de physique Monte Carlo, NuBeam et QGSP_BERT de Geant4.10.03 ont été comparées aux données et il a été constaté que Fluka2011.c2.5 donne la meilleure prévision.


  • Résumé

    T2K is an accelerator-based long-baseline neutrino experiment in Japan. The main goal of the T2K experiment is a search for CP violation in the lepton sector by measuring electron (anti) neutrino appearance in a muon (anti)neutrino beam. Initial (anti) neutrino flux is produced in decays of hadrons which originate from the interactions and the re-interactions of a 30 GeV proton beam with a 90 cm long graphite target. Knowledge of the T2K neutrino flux is limited due to large hadron production uncertainties. A series of hadron production measurements were done to solve this problem, in the NA61/SHINE experiment at CERN. Measurements were performed with a proton beam and two target types: a thin graphite target and a replica of the T2K target. Work presented in this thesis concentrates on the T2K replica target data taken in 2010 and the development of the analysis and calibration software. The aim of these measurements is to fully constrain production of π+ , π− , K+ , K− and p coming from the target surface by measuring differential hadron yields in the bins of outgoing particle momentum (p), polar angle (θ) and longitudinal position on the target surface (z). This will allow reduction of the T2K neutrino flux uncertainties from around 10% to below 5%. Predictions of Fluka2011.2c.5 Monte Carlo, NuBeam and QGSP_BERT physics lists from Geant4.10.03 have been compared to the data and it has been found that Fluka2011.c2.5 gives the best prediction.


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