Sections efficaces neutrino-noyau pour l'upgrade du détecteur ND280 de T2K et leurs impact sur les analyses d'oscillation de T2K

Neutrino-nucleus cross sections at the upgraded T2K near detector ND280 and their impact on T2K Oscillation Analyses

• Auteur / Autrice : Lavinia Russo
• Direction : Boris Popov, Marco Martini
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Nucléaire et des Hautes Energies

Mots clés

Mots clés libres

Sections efficaces neutrino-noyau

T2K détecteur proche

Oscillations des neutrinos

Neutrino nucleus cross sections

T2K near detector

Neutrino oscillations

Résumé

Le groupe LPNHE-Neutrino participe à l'expérience T2K sur l'oscillation des neutrinos, une expérience d'oscillation de neutrinos à longue distance au Japon. T2K a été la première expérience à détecter les oscillations de neutrinos en mode d'apparition et a récemment publié les premiers indices de violation de CP dans le secteur leptonique. Pour une distance donnée, la probabilité d'oscillation dépend de l'énergie des neutrinos et la plus grande source d'incertitude est due à la modélisation des sections efficaces des neutrinos qui doit être utilisée pour déduire l'énergie des neutrinos à partir des quantités reconstituées. Dans T2K, ces incertitudes sont limitées à l'aide d'un détecteur proche magnétisé polyvalent, ND280, capable de sélectionner des échantillons d'interactions de neutrinos et d'anti-neutrinos. Ce détecteur est actuellement en cours d'amélioration et collectera les premières données à partir de novembre 2023. La mise à niveau de ND280 permettra de reconstruire avec une meilleure efficacité les muons produits dans les interactions avec les neutrinos et la partie hadronique de l'interaction, de réduire considérablement le seuil d'impulsion pour la reconstruction des protons, pions et des neutrons. L'étudiant sera chargé d'exploiter ces nouvelles capacités du détecteur ND280 amélioré en sélectionnant les interactions de neutrinos avec au moins un proton dans l'état final ainsi que des interactions avec un proton et un pion. Il/elle travaillera ensuite à l'inclusion de ces échantillons dans les analyses de l'oscillation T2K. Dans le cadre de son travail de doctorat, l'étudiant utilisera également les données de ND280-Upgrade pour mieux modéliser les processus nucléaires en cours lorsque les neutrinos interagissent avec les noyaux. La modélisation de ces interactions sera cruciale non seulement pour atteindre les objectifs de physique de la phase II de T2K, mais aussi pour la prochaine génération d'expériences d'oscillation de neutrinos à longue base, Hyper-K, qui devrait commencer à prendre des données en 2027. ND280 sera l'un des détecteurs proches d'Hyper-K et la mise à niveau du ND280 devrait fournir des informations aux analyses d'oscillation et à la modélisation des sections efficaces également dans l'expérience Hyper-K.

The LPNHE neutrino group participates to the T2K neutrino oscillation experiment, a long-baseline neutrino oscillation experiment in Japan. T2K was the first experiment to detect neutrino oscillations in appearance mode and recently published first hints of CP violation in the leptonic sector. At a given baseline the oscillation probability depends on the energy of the neutrinos and the largest source of uncertainty is due to the modeling of the neutrino cross-sections that needs to be used in order to infer the neutrino energy from reconstructed quantities. In T2K these uncertainties are constrained with a multi-purpose magnetized near detector, ND280, able to select samples of neutrinos and anti-neutrino interactions. This detector is currently being upgraded and will collect first data starting from November 2023. The ND280-Upgrade will allow to reconstruct with better efficiency muons produced in neutrino interactions and the hadronic part of the interaction, largely reducing the momentum threshold for the reconstruction of protons, pions, and neutrons. The student will be responsible for exploiting these new capabilities of the T2K Near Detector by selecting neutrino interactions with at least one proton in the final state as well as of the interactions with one proton and one pion in the final states. He/she will then work on the inclusion of these samples in the Near Detector constraints for the T2K Oscillation Analyses. As part of the PhD work, the student will also use the ND280-Upgrade data to better model nuclear processes on-going when neutrinos interact with nuclei. The modeling of these interactions will be crucial not only to reach the physics goals of the phase II of T2K but also for the next-generation long baseline neutrino oscillation experiment, Hyper-K, that is expected to start data taking in 2027. ND280 will be one of the near detectors of Hyper-K and the ND280-Upgrade is expected to provide inputs to oscillation analyses and cross-section modeling also in Hyper-K.