Études des données du prototype TPC à argon liquide double phase pour l'optimisation de l'expérience d'oscillation de neutrinos DUNE

Data study of a double phase liquid Argon TPC prototype for the optimization of the neutrinos oscillation experiment DUNE

• Auteur / Autrice : Pablo Kunze
• Direction : Dominique Duchesneau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Subatomique et Astroparticules
• Date : Soutenance en 2022
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules
• Jury : Président / Présidente : Johann Collot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Jollet, Julien Masbou, Jaime Dawson, Dominique Boutigny, Stéphane Jézéquel, Dominique Duchesneau, Laura Zambelli
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cécile Jollet, Julien Masbou

Mots clés

Mots clés libres

Prototype TPC à argon liquide double phase

Oscillation de neutrinos

Dune

Dual phase liquid Argon TPC prototype

Neutrinos oscillation

Dune

Résumé

L'oscillation des neutrinos demeure un sujet de recherche vaste, enthousiasmant et exigeant. Le projet DUNE, prévu aux Etats-Unis d'Amérique en 2027, fait parti des futures expériences d'oscillation de neutrinos d'accélérateur à longue distance au même titre que Tokaï to Hyper-Kamiokande. Cette expérience a pour objectifs principaux la détermination de la hiérarchie des masses des neutrinos et la valeur de l'asymétrie CP dans le secteur des neutrinos. L'expérience donnera aussi la possibilité de détection de neutrinos de Supernovae ainsi qu'une très bonne sensibilité des possibles canaux de désintégration du proton. Pour accomplir cela, un faisceau intense de neutrinos sera créé auprès de l'accélérateur de particules du FermiLab et un détecteur lointain sera placé à 1300 km du départ du faisceau. Ce détecteur sera composé de quatre modules consistant en des chambres à projection temporelle à Argon liquide (LArTPC) contenant 17.5 kt d'Argon chacun. Des prototypes de LArTPC ont été construits au CERN selon deux technologies, en simple phase et en double phase. Cette thèse se concentre sur les prototypes en double phase, le démonstrateur WA105 et ProtoDUNE Double Phase. Sur le démonstrateur WA105, j'ai étudié la propagation de la lumière de scintillation et sur ProtoDUNE DP, le signal de la charge déposée par les muons cosmiques.

Neutrinos oscillations are a vast research field, exciting and challenging. The DUNE project, taking place in the USA and plan to start in 2027, is one of the future long baseline neutrinos oscillations experiment from accelerator, in the same way as Tokaï to Hyper-Kamiokande. The main goals of the DUNE experiment are to find the mass hierarchy and the CP asymmetry in the neutrino sector. In this experiment, there will also be the possibility of Supernova neutrinos detection and the search for proton decay with a good sensibility. To achieve these scientific goals, a highly intense neutrino beam will be produced at the proton accelerator at FermiLab and a far detector will be placed at 1300 km from the beam production. The far detector will be made of four modules consisting of liquid Argon time projection chambers (LArTPC) of 17.5 kt of liquid Argon each. LArTPC prototypes have been built at CERN with two different technologies, single phase and dual phase. This thesis will focus on the dual phase prototypes, the WA105 demonstrator and ProtoDUNE Dual Phase. On the WA105 demonstrator, I studied the scintillation light propagation and on ProtoDUNE DP, I worked on the charge signal created by energy loss of cosmic muons in the detector.