Shower reconstruction and sterile neutrino analysis with KM3NeT/ORCA and Antares

par Alba Domi

Thèse de doctorat en Physique des Particules et Astroparticules

Sous la direction de Paschal Coyle, Marco Anghinolfi et de Mauro Taiuti.

Le président du jury était Marco Pallavicini.

Le jury était composé de Fabrizio Tavecchio, Heide Costantini.

Les rapporteurs étaient Christine Marquet, Francesco Vissani.

  • Titre traduit

    Reconstruction de la gerbe et analyse des neutrinos stériles avec KM3NeT/ORCA et Antares


  • Résumé

    Bien que le cadre classique comprenant l’oscillation des neutrinos en trois saveurs soit à aujourd’hui bien établi, de nombreuses expériences d'oscillations présentent des anomalies par rapport à ce cadre standard, ce qui nécessite des explications plus exotiques. Une tentative pour résoudre ce conflit consiste à supposer l’existence d’un neutrino stérile léger. Les données collectées à ce jour présentent une description incomplète. Il devient nécessaire de fournir un test complet de l'hypothèse du neutrino stérile, ce qui confirmera ou infirmera sans ambiguïté l'interprétation des résultats expérimentaux antérieurs.Le travail de ma thèse est axé sur la recherche de neutrinos stériles avec des télescopes à neutrinos en eau profonde, en utilisant à la fois les données réelles d'ANTARES et les performances attendues du plus grand détecteur KM3NeT / ORCA. Cette analyse présente des limites supérieures très compétitives sur les angles de mélange stérile-actif.Pour effectuer l'analyse stérile ORCA, j'ai utilisé les données de Monte Carlo et les résultats obtenus montrent qu'ORCA constituera une expérience de premier plan pour la recherche de neutrinos stériles. Le but de ma thèse était, non seulement de procéder à une telle analyse, mais également de mieux comprendre le fonctionnement d'un télescope à neutrinos. En particulier, pour KM3NeT / ORCA, j'ai développé un algorithme de reconstruction de gerbes électromagnétique afin d’exploiter pleinement les capacités de ce détecteur. En outre, j'ai également développé un outil d'analyse en ligne pour le suivi des données provenant de KM3NeT (ORCA et ARCA), actuelle en cours d’utilisation pour les premières unités de détection.


  • Résumé

    There are a number of oscillation experiments presenting anomalies with respect to the standard 3 neutrino framework. One attempt to explain them is to assume the existence of a light sterile neutrino. The data collected to date present an incomplete picture. There is then the need to provide a more complete test of the sterile neutrino hypothesis, which will unambiguously confirm or refute the interpretation of past experimental results.The work of my thesis is focused on the search of sterile neutrinos with deep water neutrino telescopes, using both the real data from ANTARES and the expected performances of the larger KM3NeT/ORCA detector. For this I analised 9 years of ANTARES data which present very competitive upper limits on the sterile-active mixing angles. In performing the ORCA sterile analysis I used Monte Carlo data and the results obtained show that ORCA will be a leading experiment in the Sterile Neutrino searches. In particular, ORCA will improve the sensitivity to the neutrino mixing parameter U_tau4 by almost a factor 2 with respect to current limits. The aim of my thesis was not only to make such analysis but also to better understand the operation of a neutrino telescope. In particular, for KM3NeT/ORCA, I developed a shower reconstruction algorithm to fully exploit the capability of this detector. In addition, I also developed an online analysis tool to monitor the data coming from KM3NeT (ORCA and ARCA) which is already running with the first detection units.

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