Caractérisation des électrons dans l'expérience OPERA
Institution:
Lyon 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In 1998, the Super-Kamiokande experiment in Japan, using a water Cerenkov detector, had measured a deficit in the flux of the atmospheric neutrinos νμ without observing an excess in the ve flux. This observation is explained by the neutrino oscillations, mechanism supposing that the neutrino mass is different from zero. In 1999, the CHOOZ experiment had excluded vμ → ve oscillations in the atmospheric field. The OPERA experiment aims at prooving the vμ → vτ oscillations by the appearance of the vτ and vμ → ve oscillations by the appearance of the ve. As a consequence, a neutrino beam almost pure in νμ is produced at CERN (CNGS Beam) and sent on the OPERA detector located under the Gran Sasso mountain 732 km further, in Italy. More than 200 000 bricks compose the OPERA detector (the target mass is about 1 800 tons). The bricks are a pile of lead plates and photographic emulsion films. This modular structure allows to reconstruct the kink topology with a high spatial resolution ( σ θ ~ 1 mrad et σ r ~1μ m) produced by the charged lepton τ (from vτ interaction with a lead nucleus) and his decay products. This thesis aims at characterizing the electrons in the OPERA detector for the analysis of the vμ → vτ oscillations (with τ → e) and the vμ → ve channel, the ve interacting by CC and producing an electron
Abstract FR:
En 1998, l'expérience Super-Kamiokande au Japon, utilisant un détecteur Cherenkov à eau, a mesuré un déficit dans le flux des neutrinos atmosphériques νμ sans observer d'excès dans le flux des ve. Ce phénomène est expliqué en invoquant les oscillations neutrino, mécanisme qui suppose que le neutrino possède une masse non-nulle. En 1999, l'expérience CHOOZ a totalement exclu les oscillations vμ → ve dans le domaine atmosphérique. L'expérience OPERA propose alors de mettre en évidence les oscillations vμ → vτ par apparition du vτ et les oscillations vμ → ve par apparition des ve à partir d'un faisceau presque pur de neutrinos muoniques. Ce faisceau est produit au CERN (faisceau CNGS), en Suisse, puis dirigé sur le détecteur OPERA situé 732 km plus loin sous la montagne du Gran Sasso, en Italie. Le détecteur est composé de plus de 200 000 briques (soit une masse totale de 1800 tonnes) constituées d'une alternance de feuilles d'émulsions nucléaires et de feuilles de plomb. Cette structure modulaire permet de reconstruire avec une haute résolution spatiale ( σ θ ~ 1 mrad et σ r ~1μ m) la topologie en coude créée par le lepton τ (issu de l'interaction par courant chargé d'un vτ avec un noyau de plomb) et ses produits de désintégration. Le travail de thèse consiste en la caractérisation des électrons pour l'étude des oscillations vμ → vτ, avec τ → e et les oscillations vμ → ve, le ve, interagissant par courant chargé avec un noyau de plomb et produisant un électron. Un algorithme de reconstruction de cascades électromagnétiques se développant dans des émulsions nucléaires a été réalisé. Cet algorithme permet de reproduire les profils transversaux et longitudinaux utiles pour l'évaluation de l'énergie des électrons et leur identification (séparation π/e) à partir d'un réseau de neurones. La résolution en énergie trouvée vaut [fraction 34. 6 % / (√E(GeV)) et la probabilité d'identification atteint 95%. Les premiers résultats semblent indiquer un accord correct entre des données expérimentales issues d'un test en faisceau et des simulations Monte-Carlo. Enfin une étude sur la complémentarité entre les expériences OPERA et T2K a été effectuée pour évaluer leur potentiel de découverte sur le paramètre d'oscillation θ13 et la phase de violation CP σ CP