Recherche de neutrinos lourds avec l'expérience T2K

par Mathieu Lamoureux

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, Davide Franco, François Vannucci, Stéphane Lavignac, Christos Touramanis.

Les rapporteurs étaient Alain Blondel, Davide Franco.


  • Résumé

    La masse non-nulle des neutrinos rend nécessaire l'introduction de nouvelle physique pour expliquer celle-ci. Par exemple, l'ajout de neutrinos lourds avec une masse de l'ordre du GeV permettrait d'expliquer à la fois la masse des neutrinos et l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers, comme cela est proposé dans le modèle nuMSM.Un domaine de masse particulièrement intéressant pour ces nouvelles particules est celui entre 140 et 493 MeV/c^2, qui est accessible avec les expériences actuelles, en particulier avec le détecteur proche ND280 de l'expérience T2K, expérience d'oscillation des neutrinos située au Japon.L'analyse vise à isoler un échantillon de désintégrations de neutrinos lourds dans ND280, après leur production dans la désintégration de kaons chargés dans le faisceau de T2K. Le bruit de fond provenant d'interactions de neutrinos a été réduit à quelques événements dans l'ensemble des données de T2K (2010-2017), ce qui permet de contraindre l'espace des paramètres des neutrinos lourds de manière compétitive par rapport aux expériences dédiées comme PS191.Une des étapes importantes de l'analyse consiste à valider les algorithmes de reconstruction et les simulations du bruit de fond attendu, ce qui a nécessité d'étudier les interactions de neutrinos actifs dans les murs des TPCs; Cet échantillon a également pu être utilisé pour des études de physique.Un dernier travail effectué durant cette thèse concerne la mise à niveau du détecteur ND280, prévue d'ici 2021, dans le but d'augmenter la précision des mesures de section efficace d'interaction des neutrinos afin d'améliorer les analyses des oscillations.

  • Titre traduit

    Search for heavy neutrinos with the T2K experiment


  • Résumé

    Non-zero neutrino mass requires the introduction of new physic beyond the Standard Model. For instance, the nuMSM (Neutrino Minimal Standard Model) predicts the existence of new heavy neutrinos, with masses at GeV-scale, that would explain both neutrino masses and baryon asymmetry in the Universe.A particularly interesting mass domain is between 140 and 493 MeV/c^2, which is accessible to current experiments, in particular with the near detector ND280 of the T2K experiment, which is a long baseline neutrino oscillation experiment located in Japan.The analysis aims at the selection of a sample containing heavy neutrino decays, after they have been produced in kaon decays along the standard T2K neutrino beam. Background coming from standard neutrino interactions has been reduced to few events in the current dataset (2010-2017), which allow to constrain heavy neutrino parameter space quite well with respect to dedicated experiments such as PS191.An important step in the analysis consists in the validation of the reconstruction algorithms and of the expected background. It has been done with the study of active neutrino interactions in the walls of the TPCs. This sample is also interesting per se for physics.A last topic in this thesis concerns the upgrade of the near detector, that is scheduled for 2021. The goal is to improve neutrino cross-section measurements in order to get more precise determination of oscillation parameters.


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