Mesure du flux de neutrinos muoniques auprès du détecteur proche hors-axe de l'expérience T2K avec les premières données de l'expérience et calibration de l'échelle d'impulsion absolue du trajectographe du détecteur proche

T2K off-axis near detector muon neutrino flux measurement and absolute momentum scale calibration of the off-axis near detector tracker

• Auteur / Autrice : Flor de Maria Blaszczyk
• Direction : Sandrine Emery
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Champs, particules, matière
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (physique)

Détecteurs de rayonnement

Neutrinos

Muons

Résumé

Dans cette thèse les résultats de la mesure du spectre en énergie des neutrino muoniques auprès du détecteur proche hors-axe de T2K et la calibration de l'échelle en impulsion absolue du trajectographe du détecteur proche sont présentés. Nous rappelons d'abord l'histoire et l'état des connaissances actuelles sur la physique du neutrino. Nous donnons aussi le cadre théorique requis à la compréhension des analyses présentées, en particulier le paramétrage des oscillations de neutrino et les modèles d'interaction neutrino-matière. Nous présentons ensuite T2K, une expérience hors-axe à longue ligne de base au Japon, qui envoie un faisceau de neutrinos muoniques depuis J-PARC vers Super-Kamiokande, avec un détecteur proche situé à 280m du site de production des neutrinos. Les objectifs principaux sont la mesure de l'angle thetalB et la mesure précise des paramètres dits atmosphériques. Nous décrivons les différents détecteurs, en particulier le trajectographe du détecteur proche et ses performances. Les outils requis pour les analyses, comme les techniques de reconstruction et de sélection de l'échantillon d'interactions courant chargé pour effectuer la mesure des flux énergétiques, sont expliqués. L'objectif principal de cette thèse, la mesure du spectre énergétique des neutrinos muoniques, est ensuite détaillé, en présentant les motivations de la mesure, les résultats obtenus avec le premier échantillon de données de T2K et les différentes erreurs systématiques étudiées. Finalement, nous présentons la calibration de l'échelle en impulsion absolue du trajectographe du détecteur proche obtenue par la reconstruction de la masse invariante des kaons neutres.

In this thesis we present the results from the muon neutrino energy spectrum measurement at T2K's near detecter and T2K's near detecter tracker absolute momentum scale calibration. First we review the main historical steps and the current state of the art of neutrino physics as well as the theoretical framework required to understand the thesis physics analyses presented later on. In particular we focus on the neutrino oscillation parametrization and the neutrino-matter interaction models. We then describe T2K, an off-axis long baseline neutrino oscillation experiment in Japan which uses a muon neutrino beam sent from J-PARC to Super-Kamiokande, with a magnetized near detector located at 280m from the neutrino production site. T2K's main goals are measuring the last unknown angle of the PMNS matrix theta 13 through electron neutrino appearance in the neutrino muon beam and measuring precisely the atmospheric parameters through muon neutrino disappearance. We briefly describe the detectors, in particular the near detector tracker and its performance. We then present the analyses tools, such as the reconstruction techniques used and how the neutrino charged current interaction events needed for the energy spectrum measurement are selected. The main goal of the thesis, the muon neutrino energy spectrum measurement done with the first T2K data is explained next. We give the motivations for such measurement, the results obtained with the first T2K data sample, and the different systematic errors studied. Finally, the absolute momentum scale calibration of T2K's near detector tractor, done through the reconstruction of the neutral kaon invariant mass, is explained.