Anomalie des neutrinos réacteur: analyse de l'expérience Stereo

par Vladimir george Savu

Projet de thèse en Physique des particules

Sous la direction de Alain Letourneau.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (Orsay, Essonne) , en partenariat avec DSM-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'expérience Stereo [1], installée auprès du réacteur à haut flux de l'ILL, vise à détecter la présence d'un nouvel état du neutrino non-prédit par le modèle standard. Cet état, dit stérile car n'interagissant pas par interaction faible, pourrait expliquer l'anomalie des neutrinos réacteur [2], i.e. un déficit de neutrinos observé à courte distance dans les expériences auprès d'un réacteur. Le détecteur Stereo est en place depuis fin 2016 et une première prise de données de 100 jours a permis de valider le détecteur et son fonctionnement ainsi que de déterminer les niveaux de bruit de fond. Cette campagne n'a cependant pas permis d'atteindre la statistique voulue et une nouvelle campagne de mesure est prévue en 2018 et 2019. Au terme de ces deux années la statistique accumulée devrait être suffisante pour tester l'hypothèse de l'existence d'un état stérile ayant une masse de l'ordre de l'eV. Le travail de thèse consistera à participer aux campagnes de mesure et à analyser les données afin d'extraire le signal antineutrino du bruit de fond. Les distributions en énergie des anti-neutrinos seront étudiées en fonction de la distance afin d'apporter une réponse quant à l'existence d'un état stérile. Selon les résultats (hypothèse stérile validée, à moitié validée ou rejetée), plusieurs options peuvent être envisagée pour compléter ce travail : développement d'une analyse globale sur l'ensemble des expériences neutrinos pour vérifier l'hypothèse stérile ; travail sur la modélisation de l'interaction électro-faible dans les noyaux et en particulier sur la décroissance béta des transitions interdites pour expliquer l'anomalie des neutrinos réacteur sans présence de neutrino stérile; étude de R&D pour définir une nouvelle expérience afin d'augmenter la sensibilité du détecteur et améliorer la réjection des bruits de fond.

  • Titre traduit

    Reactor neutrino anomaly : Stereo experiment analysis


  • Résumé

    The Stereo experiment [1], installed close to the ILL high-flux reactor in Grenoble, aims to detect the existence of an unpredicted by the standard model neutrino-state. This namely “sterile” state because it does not interact with electroweak interaction, could explain the reactor neutrino anomaly [2], i.e. a deficit of neutrinos observed in short-baseline reactor experiments. The detector is in operation since the end of 2016, allowing to validate the functioning of the detector and to determine the level of background. Unfortunately the statistic is not sufficient and a new campaign is planned in 2018 and 2019. By the end of this campaign the statistic would be sufficient to test the hypothesis of a sterile state having a mass around 1 eV. The thesis work will consist in participating to the measurement and to analyze the data in order to extract the anti-neutrino signal from the background. The energy distributions of the anti-neutrinos will be studied as a function of the distance to test the hypothesis of a sterile state. Regarding the result three options could be envisaged to complete the work: develop a global analysis over other new coming experiments to reduce the systematics and test the hypothesis; to improve our knowledge of the electroweak interaction in nuclei, in particular the treatment of first forbidden transitions, to explain the anomaly; to start a R&D study on a new concept of detector to increase the sensitivity and to improve the background rejection.