Mesure du rapport des sections efficaces d'interaction des neutrinos sur les noyaux d'oxygène et de carbone, à partir des données du détecteur proche ND280 de l'expérience T2K

par Francesco Gizzarelli

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Marco Zito.

Le président du jury était Alain Blondel.

Le jury était composé de Marco Zito, Alain Blondel, Alessandra Tonazzo, Jan Sobczyk, Sara Bolognesi, François Mauger, Andrea Giuliani.

Les rapporteurs étaient Alessandra Tonazzo, Jan Sobczyk.


  • Résumé

    Le Modèle Standard de la physique des particules décrit les interactions des particules sub-atomiques à travers les interactions fortes, faibles et électromagnétiques.Toutefois, il est clair que cette théorie ne constitue pas une description complète de la Nature. Mais le fait expérimental que les neutrinos changent de saveur au cours de leur propagation(oscillation des neutrinos) implique qu'ils ont une masse non nulle. Le travail de cette thèse se concentre sur l'expérience d'oscillation T2K : une expérience à longue ligne de base installée au Japon. % qui est détaillés dans le Chapitre 2. Pour la première fois T2K a pu observer l'apparition de neutrinos de saveur électronique dans le faisceau principalement composé de neutrinos muoniques etobtenir les premières contraintes sur la violation de la symétrie Charge-Parité. Il permet également de mesurer précisément les paramètres d'oscillations θ₁₃ , θ₂ ₃ et Δm²₂ ₃ .Cela nécessite une excellente compréhension du détecteur et des modèles d'interactions des neutrinos. Cette thèse se concentre sur ces deux objectifs : réduire les systématiques liées audétecteur et approfondir nos connaissances sur l'interaction des neutrinos avec la matière.Le groupe CEA, dans lequel je suis impliqué, est responsable de la maintenance et de l'opération des Chambres à Projections Temporelles (TPC) du détecteur proche (ND280).Elles permettent l'identification des particules chargées produites par l'interaction des neutrinos dans le detecteur et la mesure de leur impulsion.Une partie de mon travail a consisté en l'étude des TPCs et en particulier de l'alignement des modules MicroMegas installés sur les plans de lecture. En effet tout défaut d'alignement entre différents modules peut causer un biais sur la mesure del'impulsion des particules traversant la TPC. Les neutrinos sont étudiés grâce à l'observation de l'état final de leur interaction avec la matière. Les modèles d'interactions doivent alors être parfaitement bien compris,car les expériences d'oscillation présentes et futures approchent d'une phase où notre connnaissance des interactionsdes neutrinos devient un facteur limitant pour la détermination des paramètres d'oscillations. L'interaction quasi élastique par courant chargé (CCQE) est le processus dominant pour T2K. Ce manuscrit décrit la mesure durapport des sections efficaces d'interaction des neutrinos sur les noyaux de Carbone et d'Oxygène. Cette mesure contribue à la réduction des incertitudes pour l'analyse d'oscillation, liéesà l'utilisation d'une différente cible pour le détecteur proche et le détecteur lointain.

  • Titre traduit

    Oxygen/Carbon cross-section ratio for neutrino-nucleus interactions using the ND280 near detector of the T2K experiment


  • Résumé

    The Standard Model of particle physics describes the interactions of subatomic particles through the strong, weak and electromagneticinteractions. However, it is known that this theory is not a complete description of the nature. Indeed the observation that neutrinos can change their flavor alongtheir propagation path (neutrino oscillation) proves that they actually have a mass. The work of this thesis has been performed in the T2K oscillation experiment: a long baseline experiment located in Japan. % detailed in Chapter ref{sec_t2k_res}.Using the data collected so far, T2K has been able to observe for the first time the $nu_{mu} rightarrow nu_e$ appearance and to give first results on the Charge-Paritysimmetry in neutrino oscillation. It provides also precise measurements of the oscillation parameters θ₁₃ , θ₂ ₃, Δm²₂ ₃.The precise measurement of oscillation parameters requires a good understanding of the detector and of the neutrino interaction model. This thesis is thus focused on boththese aspects: reduce the detector uncertainties and improve our knowledge of neutrino interactions with matter.The CEA Saclay group where I am involved, is in charge of the maintenance and operation of the Time Projection Chambers (TPCs) of the T2K near detector (ND280)which are used to identify and measure the kinematics of the charged particles produced in neutrino interactions.Part of my work was focused on the study of the TPC and in particular on the alignment of the MicroMegas modules instrumenting their readout planes.Indeed, misalignments between modules may cause a bias on the momentum measurement of the particles crossing the TPC.Neutrinos are studied through the observation of the final state of their interactions with matter. Therefore, the interactionmodels need to be extremely well understood to infer the neutrino properties correctly.Indeed current and next future oscillation experiments are approaching the phase of precise measurements of the mixing parameters becominglimited by our knowledge of neutrino interactions.The charged current quasi-elastic (CCQE) interaction is the most relevant process at T2K.This manuscript describes the measurement of CCQE cross-section ratio between oxygen and carbon nuclei. It can contribute to reduce the uncertainties on the oscillation analysis arisingfrom the different target between the near and far detector.


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