Recherche d'un neutrino stérile auprès du réacteur de l'ILL avec l'expérience Stereo.

par Laura Bernard

Projet de thèse en Physique Subatomique et Astroparticules

Sous la direction de Jean-Sébastien (phys) Real.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie (laboratoire) depuis le 21-10-2016 .


  • Résumé

    Depuis leur découverte en 1956, les neutrinos sont intensivement étudiés. Ils sont produits par désintégration faible et sont associés à un lepton (électron (e), muon (mu) ou tau (tau)). Ces dernières années, l'étude des neutrinos a mis en évidence leurs oscillations (capacité des neutrinos de passer d'une saveur (e,mu ou tau) à une autre). Ces oscillations montrent que les neutrinos ont une masse et que leurs états propres de masse ne sont pas superposés à leurs états propres de saveur. Elles sont décrites par une matrice de mélange dont les éléments sont mesurés par de nombreuses expériences. À cause de la très faible probabilité d'interaction des neutrinos, leur détection et la mesure de leurs caractéristiques nécessitent des sources très intenses et/ou des détecteurs très volumineux. Dans ce contexte, les réacteurs nucléaires jouent un rôle prépondérant, ils produisent un très grand flux d'antineutrino électron que l'on peut calculer grâce à une modélisation du réacteur et des mesures de référence. Toutes les mesures réalisées à moins de 100 m d'un réacteur détectent un flux plus faible de 7% que les prédictions, c'est ce qu'on appelle « l'anomalie des neutrinos de réacteur ». Cette différence pourrait s'expliquer par l'existence d'un quatrième type de neutrino dit stérile. La découverte de cette nouvelle particule serait la preuve d'une nouvelle physique au-delà du modèle standard. Si ce neutrino stérile existe, la distance entre 2 maximums d'oscillation serait de quelques mètres. L'expérience Stereo, située à 10 m du cœur du réacteur de l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble permettra de mesurer clairement cette oscillation (ou absence d'oscillation) confirmant ou infirmant l'existence de cette nouvelle particule. Elle se place dans un contexte de forte compétition internationale avec des expériences concurrentes qui ont à peu près le même planning, à savoir un début de prise de données en 2016. Le LPSC a en charge la réalisation de l'électronique d'acquisition de données, du détecteur veto muon pour le rejet du bruit de fond induit par les muons cosmiques et du système de calibration avec LED. Le travail de thèse consistera à participer à l'installation, au déroulement et à l'analyse de l'expérience. L'étudiant aura plus particulièrement en charge le fonctionnement du détecteur Veto et l'estimation des erreurs systématiques associées au bruit de fond induit par les muons cosmiques.

  • Titre traduit

    A search of a sterile neutrino at ILL with the Stereo experiment.


  • Résumé

    Since their discovery in 1956, neutrinos are extensively studied. They are produced by low disintegration and are associated with a lepton (electron (e), the muon (mu) or tau (tau)). In recent years, the study of neutrinos showed their oscillations (ability of neutrinos change from one flavor (e, mu or tau) to another). These oscillations show that neutrinos have mass and that their mass eigenstates are not superimposed on their own flavor states. They are described by a mixing matrix whose elements are measured by numerous experiments. Because of the very low probability of neutrino interaction, their detection and measurement of their characteristics require very intense sources and / or very large detectors. In this context, nuclear reactors play an important role, they produce a very large electron antineutrino flux that can be calculated through a modeling of the reactor and reference measurements. All measurements within 100 m of a reactor detect a lower flow 7% that the predictions, it is called 'the anomaly of reactor neutrinos'. This difference could be explained by the existence of a fourth type of neutrino sterile said. The discovery of this new particle would be the evidence of new physics beyond the standard model. If sterile neutrino exists, the distance between two maximum oscillation would be a few meters. The Stereo experience, located 10 m from the core of the reactor of the Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble will clearly measure this oscillation (or absence of oscillation) confirming or not the existence of this new particle. It puts itself in a context of strong international competition with competing experiments that have roughly the same schedule, namely an initial data taking in 2016. The LPSC has supported the implementation of the electronic data acquisition, muon veto detector for the rejection of noise induced by cosmic muons and the calibration system with LED. The thesis will be to participate in the installation, conduct and analysis of the experience. The student will specifically support the operation of Veto detector and the estimation of systematic errors associated with noise induced by cosmic muons.