Préparation de la reconstruction et des analyses d'oscillation pour Hyper-Kamiokande

Preparation of the reconstruction and the oscillation analyses for Hyper-Kamiokande

• Auteur / Autrice : Lorenzo Restrepo orrantia
• Direction : Marco Martini, Mathieu Guigue
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• 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

Neutrinos

Oscillation

Reconstruction

Algorithme

Violation de symétrie CP

Neutrinos

Oscillation

Reconstruction

Algorithm

Sample selection

Unitarity

Résumé

Le groupe de physiciens du LPNHE-Paris contribue depuis plus d'une dizaine d'années à l'expérience T2K qui utilise le détecteur Super-Kamiokande pour la détection des neutrinos produits auprès de l'accélérateur J-PARC au Japon. L'expérience Hyper-Kamiokande, qui constitue la prochaine génération d'expérience dans le domaine des neutrinos, explorera un programme de physique extrêmement riche qui va de l'étude de la violation de la symétrie CP dans le secteur leptonique et la mesure précise des paramètres de mélange des neutrinos à la désintégration du proton, aux neutrinos atmosphériques et aux neutrinos d'origine astronomiques, en particulier venant de supernovae. Sur cette dernière expérience, le groupe contribue ainsi à la fois à la construction du détecteur à travers la conception et le déploiement d'un système de distribution d'horloge et de synchronisation en temps, et à la préparation de l'analyse de physique, par des développements du système de calibration des données et de reconstruction des événements. Le sujet de thèse que nous proposons portera sur le développement des algorithmes de reconstruction pour le détecteur lointain. En particulier des algorithmes ont été développés il y a une quinzaine d'années dans le cadre de Super-Kamiokande mais se révèlent assez inadaptés pour Hyper-Kamiokande ; le développement de nouveaux algorithmes permettant la reconstruction des anneaux Cherenkov produits dans le détecteur lointain d'HK sera donc un des objectifs de cette thèse. Ces algorithmes pourront être testés sur les données de d'une version miniature d'un détecteur Cherenkov à eau qui seront prises au CERN par l'expérience WCTE en 2024. Le.a candidat.e étudiera aussi leur impact sur les performances de physique de l'expérience HK, que ce soit sur la physique de l'oscillation et sur la détection d'évènements rares. Notamment, l'étude de l'impact du système de synchronisation en temps sur les performances de physique sera à considérer. Un deuxième volet de cette thèse portera sur l'impact des contraintes de la violation de CP que pourrait apporter l'expérience HK sur les modèles de leptogénèse génériques. Au delà de contributions sur le détecteur lointain HK, le.a candidat.e pourra contribuer à la collecte et l'exploitation des prochaines données du détecteur ND280 mis à jour, qui serviront à la fois à l'expérience T2K et HK.

The group of physicists at LPNHE-Paris has been contributing for over a decade to the T2K experiment, which uses the Super-Kamiokande detector to detect neutrinos produced near the J-PARC accelerator in Japan. The Hyper-Kamiokande experiment, which represents the next generation of experiments in the field of neutrinos, will explore an extremely rich physics program ranging from the study of CP symmetry violation in the leptonic sector and precise measurement of neutrino mixing parameters to proton decay, atmospheric neutrinos, and neutrinos of astronomical origin, particularly those from supernovae. In this latter experiment, the group contributes both to the construction of the detector through the design and deployment of a clock and time synchronization distribution system, and to the preparation of physics analysis by developing the data calibration system and event reconstruction. The proposed thesis topic will focus on the development of reconstruction algorithms for the far detector. In particular, algorithms developed about fifteen years ago for Super-Kamiokande are proving to be quite inadequate for Hyper-Kamiokande; hence, developing new algorithms to enable the reconstruction of Cherenkov rings produced in the HK far detector will be one of the objectives of this thesis. These algorithms can be tested on data from a miniature version of a water Cherenkov detector that will be collected at CERN by the WCTE experiment in 2024. The candidate will also study their impact on the physics performance of the HK experiment, both in terms of oscillation physics and the detection of rare events. Notably, the impact of the time synchronization system on physics performance will be considered. A second aspect of this thesis will address the impact of CP violation constraints that the HK experiment could provide on generic leptogenesis models. Beyond contributions to the HK far detector, the candidate may also contribute to the collection and analysis of upcoming data from the upgraded ND280 detector, which will serve both the T2K and HK experiments.