Constraints on the T2K neutrino flux predictions with the NA61/SHINE hadroproduction experiment

Contraintes sur la prédiction des flux de neutrinos de T2K par les données de l'expérience de hadroproduction NA61/SHINE

• Auteur / Autrice : Laura Zambelli
• Direction : Jacques Dumarchez, Boris Popov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Champs, particules, matière
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Hadrons

Neutrinos

Faisceaux de particules

Mots clés libres

T2k

Virtual Monte-Carlo

Résumé

T2K est une expérience d'oscillation de neutrinos basée au Japon, dont le principal but est une première mesure précise de l'angle de mélange thetal3 de la matrice PMNS. Cette mesure est réalisée via l'apparition de neutrinos électroniques dans un faisceau de neutrinos muoniques, 300 km après leur création. Le faisceau de neutrinos est créé par la désintégration en vol de particules instables (pions, kaons, muons) produites par les interactions de protons à 31 GeV/c contre une cible de carbone. Principalement composé de neutrinos muoniques, le faisceau ainsi créé présente également une composante électronique, constituant la source d'erreur dominante pour la mesure de theta13. Afin de comprendre, et prédire cette contamination électronique, une expérience parallèle d'hadroproduction est utilisée, NA61/SHINE au CERN, qui reproduit les conditions de création du faisceau de T2K et mesure la cinématique des hadrons produits grâce à deux types de cibles: mince et réplique. La mesure du taux de production des kaons neutres sur cible mince est présentée dans cette thèse. Cette mesure, combinée avec celle des hadrons chargés, est ensuite injectée dans la chaine de simulation de T2K. Le développement d'une simulation basée sur l'outil générique VMC nous a permis un cadre unique pour la simulation des deux expériences. Cet outil a également permis de tester les prédictions d'une large gamme de modèles de physique hadronique sur les données des expériences NA61/SHINE et HARP montrant que le modèle d'interaction Fritiof est le plus prometteur à ces énergies. Ces ingre��dients ont joué un rôle important dans la première observation de thetal3, et dans les réductions de son incertitude.

T2K is a long baseline neutrino oscillation experiment on accelerator based in Japan, whose primary goal is a precise measurement of the thetal3 angle of the PMNS matrix. This measurement is possible through the appearance of electronic neutrinos out of a muonic neutrino beam, 300 km downstream after their creation point. Neutrinos are made by the decay in flight of unstable particles (pions, kaons, muons) produced by 31 GeV/c accelerated protons impinging onto a carbon target. Most of the neutrinos produced are of muonic-type, but a non-negligible amount of electronic neutrinos is also created, which will contribute to the dominant source of errors for the measurement of thetal3. In order to understand, and predict, this electronic contamination, a parallel hadroproduction experiment is used: NA61/SHINE at CERN reproduces the T2K beam conditions, and measures the kinematics of produced hadrons thanks to two types of target: thin and replica. The measurement of the KOS production is described in this thesis. This measurement, together with charged hadrons, is then implemented in the T2K simulation chain. The development of a simulation based on the generic tool VMC, detailed in the thesis, provides a unique framework for the simulation of the two experiments. Moreover, this tool allows tests of several hadronic models against NA61/SHINE and HARP experimental data. Fritiof-based models seem to be the most promising. All these ingredients played a key rote leading to the first measurement of the theta13 angle, and reducing its uncertainty.