Reconstruction et analyse des gerbes électromagnétiques dans l'expérience OPERA et étude des oscillations neutrino avec détection d'électrons

Electromagnetic showers reconstruction and analysis in the OPERA experiment and neutrino oscillation study by electron detection.

• Auteur / Autrice : Florian Brunet
• Direction : Amina Zghiche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/12/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Yannis Karyotakis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lounis Abdenour
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marcos Dracos, Georges Vasseur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique nucléaire

Mots clés libres

Neutrino

Oscillation

Angle de mélange

Gerbe électromagnétique

Simulation Monte-Carlo

OPERA

Neutrino

Oscillation

Mixing angle

Electromagnetic shower

Monte-Carlo simulation

OPERA

Résumé

Un vaste programme international est en cours pour déterminer les paramètres du phénomène d'oscillation des neutrinos et approfondir la connaissance de la matrice de mélange des neutrinos (MNSP). Le détecteur OPERA, qui est installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie, a pour but principal de mettre en évidence l'apparition de neutrinos de type tau dans un faisceau de neutrinos initialement de type muon, produit au CERN (CNGS) 730 km en amont. Il est aussi en mesure de détecter les oscillations des neutrinos muon en neutrinos électron, donnant accès au paramètre de mélange sin(2θ13)2, où θ13 est le dernier angle de la matrice MNSP finalement déterminé en 2012 conjointement par Daya Bay, RENO et Double Chooz. Pour déterminer la présence des ντ dans le faisceau, le détecteur OPERA est composé de cibles calorimétriques utilisant une alternance de plaques de plomb et de films d'émulsion. Ceux-ci permettront de reconstruire les traces des particules chargées résultant des interactions neutrino avec une précision inégalable (de l'ordre du micron). La recherche des événements de signal d'oscillation νµ → νe sera basée sur l'aptitude à identifier les électrons, à rejeter les événements de fond où un π0 est produit et à soustraire le fond dominant intrinsèque provenant du faisceau. Ce travail de thèse a pour objectif l'élaboration de méthodes d'analyse pour améliorer les performances du détecteur OPERA dans la recherche d'oscillations νµ → νe .

An international program is ongoing to measure the neutrino oscillation phenomenon and to determine the neutrino mixing matrix (MNSP) parameters. OPERA is a long-baseline neutrino experiment located at the Gran Sasso Laboratory in Italy, 730~km from CERN, downstream in the CNGS neutrino beam. The OPERA experiment is designed and optimised for a direct appearance search of νµ → ντ oscillations. It can also detect the νµ → νe oscillation driven by sin(2θ13)2 , where θ13 is the last mixing angle finally measured by the Daya Bay, RENO, and Double Chooz experiments in 2012. To observe the presence of ντ interactions in the beam, the OPERA detector is composed of calorimetric targets made of a modular structure called the ''brick'': a sandwich of lead plates interspaced with emulsion layers. The latter allows reconstructing tracks of charged particles produced in the neutrino interactions with a micrometric resolution. The search for the νµ → νe oscillation signal is based on the capability of identifying the electrons, rejecting background events where neutral pions are produced and keeping under control the intrinsic and dominant background source from the beam contamination. This work aims to elaborate analysis methods to improve the OPERA detector performance in the νµ → νe oscillation search.