Détection des neutrinos stériles auprès de l'ILL, l'expérience Stéréo

Detection of a new possible sterile neutrino

• Auteur / Autrice : Mathieu Vialat
• Direction : Jean Sébastien Real, Torsten Soldner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
• Date : Soutenance le 29/09/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Max von Laue-Paul Langevin (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : François Montanet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Bongrand, Michael Jentschel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Paganini, Christine Marquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse des données

Neutrinos

Mots clés libres

Neutrino

Sterile

Detecteur

Sterile

Detector

Neutrino

Résumé

La réévaluation des flux d'antineutrinos de réacteurs en 2011 a montré un déficit d'environ 6 % du nombre mesuré par rapport à celui prédit pour des expériences à courte distance d'un réacteur nucléaire. Cette anomalie, appelé anomalie des antineutrinos de réacteurs (RAA), a deux explications possibles qui sont la présence d'un biais dans le modèle utilisé pour prédire les taux de neutrinos attendus et l'existence d'un neutrino stérile léger qui induirait des oscillations à courte distance. C'est pour investiguer la seconde hypothèse que l'expérience STEREO a été créée. Elle cherche à étudier les déformations relatives de spectres en énergie neutrinos mesurés à différentes distances de propagation. Cette méthode permet de s'affranchir des prédictions théoriques. C'est dans ce but que le détecteur STEREO, segmenté en 6 cellules, a été installé à environ 10 m du réacteur hautement enrichi en 235U de l'ILL à Grenoble. Cette thèse s'inscrit dans la période de prise de données de l'expérience qui a duré de novembre 2016 à novembre 2020 et présente les travaux effectués à différentes étapes de l'analyse des données recueillies. La première partie a été consacrée à l'évaluation et au suivi de l'effet de quenching dans le temps. La méthode précédemment développée par la collaboration a aussi était étendue à l'ensemble du détecteur. Le sujet de la seconde partie est le suivi et la recherche d'une correction de l'évolution de la variable PSD, cette dernière étant cruciale pour la mesure des spectres neutrinos en énergie. Enfin la dernière partie du travail effectué lors de cette thèse porte sur l'analyse statistique des oscillations de neutrinos. Il a permis de rejeter une grande partie du contour d'acceptance prévu par la RAA et de mettre ainsi encore plus en doute l'hypothèse du neutrino stérile léger. Enfin les résultats de l'analyse du taux de neutrino et de la forme des spectres en énergie ont confirmé respectivement le déficit de la RAA et le bump à 5 MeV observés par d'autres expériences de neutrinos de réacteurs.

The reevaluation of the reactors antineutrinos flux in 2011 showed a deficit of approximately 6 % of the number of measured neutrinos compared to the predicted one at short distance of a nuclear reactor. This anomaly, called Reactor Antineutrinos Anomaly (RAA), has two possible explanations which are the presence of a bias in the model used to predict the expected neutrino rate and the existence of a new light sterile neutrino causing short distance oscillations. STEREO experiment has been built to investigate this second hypothesis. The goal is to study the relative deformations of the neutrinos energy spectra measured at different distances of propagation. This method allows to not use the theoretical predictions. The detector STEREO, segmented in 6 cells, has been installed at nearly 10~m of the reactor core, highly enriched in 235U, of the ILL in Grenoble. This thesis took place during the data taking period of the experiment which started in november 2016 to end in november 2020 and presents the works done at different steps of the data analysis. The first part is focused on the evaluation and the monitoring of the quenching effect in time. The method precedently developped by the collaboration has also been extended to the entire detector. The subject of the second part is the monitoring and the search of a correction of the evolution of the PSD variable, this one being crucial for the measurement of the neutrinos energy spectra. Finally the last part of the work done during this thesis concerns the statistical analysis of the neutrinos oscillations. It allowed to reject a great part of the RAA acceptance contour and to disfavorised even more the hypothesis of a light sterile neutrino. Finally the results of the studies of the neutrino rate and the energy spectrum shape confirmed respectively the deficit of the RAA and the 5 MeV bump observed by other reactor neutrinos experiments.