Études des oscillations des neutrinos avec KM3NeT/ORCA

Neutrino oscillation studies with KM3NeT/ORCA

• Auteur / Autrice : Diane Joly
• Direction : Mathieu Perrin terrin, Antoine Roueff
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES
• Date : Inscription en doctorat le 04/12/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille

Mots clés

Mots clés libres

Oscillations

KM3NeT

Orca

Résumé

ORCA est un détecteur de neutrinos Cerenkov en eau naturelle à l'échelle de la mégatonne, construit par la collaboration KM3NeT sur le fond marin à 40 km au large de Toulon et à une profondeur de 2400 m. L'objectif principal du détecteur est d'étudier les oscillations de neutrinos en utilisant les neutrinos atmosphériques. Alors que la construction du détecteur devrait s'achever en 2027, les premières unités de détection déployées depuis 2018 sont pleinement opérationnelles et les données collectées ont déjà permis d'observer les phénomènes d'oscillations de neutrinos. Le détecteur atteint désormais une taille qui permet de sonder des territoires de physique inexplorés. Je participerai à ces analyses de données, en particulier à l'étude de l'apparition de neutrinos tauiques dans le flux de neutrinos atmosphériques. En plus des études sur les neutrinos atmosphériques, je participerai également à un travail d'équipe visant à développer une nouvelle technique pour les expériences basées sur les accélérateurs, appelée marquage des neutrinos(''neutrino tagging''). La très grande taille des détecteurs Cerenkov à eau naturelle tels que ORCA (quelques mégatonnes) permet de réaliser des expériences avec des faisceaux de neutrinos d'intensité modeste pour lesquels la ligne de faisceau peut être instrumentée. Ces instruments permettent d'obtenir des informations de première main (énergie, direction, saveur, chiralité) sur chacun des neutrinos produits. Les études en cours indiquent que ces expériences permettraient d'obtenir une précision sans précédent sur la phase de violation de CP leptonique. Je participerai à cette phase pionnière de conception d'une expérience sur les neutrinos marqués (par exemple, estimation de la sensibilité, tracker R&D etc...).

ORCA is a megaton scale natural water Cerenkov neutrino detector being constructed by the KM3NeT collaboration on the sea bed at 40 km offshore Toulon and at a depth of 2400 m. The primary purpose of the detector is to study neutrino oscillations using atmospheric neutrinos. While the detector construction should be over by 2027, the first detection units deployed since 2018 are fully operational, and the data collected have already allowed to observe the neutrino oscillations phenomena. The detector is now reaching a size that allows to probe unexplored physics territories. I will participate in these data analyses, in particular, to the study of the appearance of tauic neutrinos in the atmospheric neutrino flux. In addition to the atmospheric neutrinos studies, I will also participate in a team work to develop of a novel technique for accelerator-based experiments called neutrino tagging. The very large size of the natural water Cerenkov detectors such as ORCA (few megatons) allows to perform experiments with neutrino beams of modest intensity for which the beam line can be instrumented. These instruments allow to get first-hand information (energy, direction, flavour, chirality) on each of the produced neutrinos. Ongoing studies indicate that such experiments would offer an unprecedented precision on the leptonic CP violating phase. I will take part to this pioneering design phase of a tagged neutrino experiment (e.g. sensitivity estimate, tracker R&D etc...).