Determining the neutrino mass hierarchy with KM3NeT/ORCA

par Liam Quinn

Thèse de doctorat en Physique des Particules et Astroparticules

Sous la direction de Paschal Coyle.

Soutenue le 09-11-2018

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) , en partenariat avec Centre de physique des particules de Marseille (laboratoire) .

Le président du jury était Cristinel Diaconu.

Le jury était composé de Justin Evans, Jason Koskinen, Anne Stutz.

Les rapporteurs étaient Juan Zuniga Roman, Jennifer A. Thomas.

  • Titre traduit

    La détermination de la hiérarchie de masse des neutrinos avec KM3NeT/ORCA


  • Résumé

    ORCA (Recherche d'Oscillations avec les Rayons Cosmiques dans l'Abysse) est un détecteur TCherenkov de neutrinos à l'échelle des mégatonnes, actuellement en construction par la collaboration KM3NeT, à 2450m de profondeur dans la mer Méditerranée.Les neutrinos atmosphériques traversent la Terre le long d'un large éventail de lignes des bases, en subissant des effets de matière qui augmentent les oscillations des neutrinos avec énergies de l'ordre de peu GeV, qui dépendent de l'hiérarchie de masse des neutrinos (NMH).La conception d' ORCA comprise une dense configuration de modules optiques, qui contiennent 31 photomultiplicateurs (PMTs) de 72 mm, qui exploitent les excellentes propriétés de l'eau de la mer pour reconstruire à la fois les cascades (principalement $\nu_e$) et les traces (principalement $\nu_\mu$) jusqu'à quelques GeV.Il est prévu que ORCA mesurera la NMH avec une signification statistique plus grand que $3\sigma$ après avoir pris des données pour quelques années.Ce travail s'axe sur la reconstruction d' événements ainsi que les méthodes et résultats des études de sensibilité à l'hiérarchie de masse et aux paramètres d'oscillation $\theta_{23}$ et $\Delta m_{32}^2$.

    mots clés mots clés

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  • Résumé

    ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) is a megaton-scale Cherenkov neutrino detector currently under construction by the KM3NeT collaboration, at a depth of 2450m in the Mediterranean Sea.Atmospheric neutrinos cross the Earth along a wide range of baselines, undergoing matter effects which enhance neutrino oscillations in the few GeV energy range with a dependence on the neutrino mass hierarchy (NMH).The ORCA design consists of a dense configuration of optical modules, containing 31 3'' photomultiplier tubes (PMTs), exploiting the excellent optical properties of deep seawater to reconstruct both cascade events (mostly $\nu_e$) and track events (mostly $\nu_\mu$) down to a few GeV.ORCA is expected to measure the NMH with a median significance greater than $3\sigma$ after a few years of operation.This work focuses on event reconstruction, as well as the methods and results of the sensitivity studies for the measurement of the mass hierarchy and the oscillation parameters $\theta_{23}$ and $\Delta m_{32}^2$.

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