Measurement of the muon neutrino cross section through charged-current interactions and search for Lorentz invariance violation at the T2K experiment - École polytechnique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Measurement of the muon neutrino cross section through charged-current interactions and search for Lorentz invariance violation at the T2K experiment

Mesure de la section efficace des neutrinos muoniques par courant chargé et recherche de la violation de l'invariance de Lorentz auprès de l'expérience T2K

Benjamin Quilain
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 995818

Résumé

The T2K experiment is a long baseline neutrino oscillation experiment located in Japan. It aims to measure the parameters describing this quantum phenomenon, and particularly, the mixing angle θ13. The latter is measured through the production of a muon neutrino at J-PARC and detection of an electron neutrino 295 km away, at Super-Kamiokande. Since T2K has measured that θ13 ≠ 0 with more than 7σ CL, it leads to the possibility to observe CP violation phase through neutrino oscillation. Through the accurate measurement of the oscillation parameters, T2K aims to determine the first constraints on the CP violation in the leptonic sector. After presenting the theory of neutrino oscillations and the T2K experiment, this thesis first presents the calibration setup, the Cone Generator, that we developed for the Super-Kamiokande far detector. We study the detector uniformity and isotropy, and disentangle the different sources of discrepancies with the detector simulation. We particularly highlight a discrepancy in the simulation of the light reflection on the detector wall. Second, we present the calibration of the charge deposit in the on-axis near detectors, INGRID and the Proton Module. We show that an optical cross-talk between the scintillators of one type is observed, and we correct it. This calibration is used for the first measurement of the CC0π double differential cross section in the Proton Module. The cross section uncertainty is one of the dominant error on neutrino oscillations, and the CC0π channel is dominant in T2K interactions. We show that this measurement is in agreement with the recent results of MiniBooNE. Finally, we present the first Lorentz invariance violation search in the T2K experiment. We show that the neutrino oscillations are one of the most sensitive probes for this effect. We first review the motivations of this search and then present the result using the calibrated INGRID detector. We show that no Lorentz invariance violation is observed in the T2K near detector.
L'expérience T2K, située au Japon, est une expérience étudiant l'oscillation des neutrinos à longue distance. Elle vise à mesurer les paramètres décrivant ce phénomène d'oscillations quantiques, et plus particulièrement, l'angle de mélange θ13. Ce dernier est mesuré par la production de neutrinos muons à J-PARC et la détection de neutrinos électroniques 295 km plus loin, dans le détecteur Super-Kamiokande. Etant donné que T2K a mesuré un angle de mélange θ13 ≠ 0 à plus de 7σ de confiance, cela ouvre la possibilité de mesurer la phase de violation CP dans les expériences d'oscillation de neutrino. Par la mesure précise des paramètres d'oscillations, T2K a pour but d'apporter les premières contraintes sur l'existence possible d'une phase de violation CP dans le secteur leptonique. Après avoir introduit la théorie d'oscillation des neutrinos ainsi que l'expérience, nous présentons le Générateur de Cone, un dispositif que nous avons développé afin de calibrer le détecteur lointain Super-Kamiokande. Nous étudions ensuite l'uniformité et l'isotropie de ce dernier, avant de mettre en évidence les différentes sources de désaccord entre les données et la simulation du détecteur. Nous montrons en particulier une imperfection dans la simulation de la réflexion de la lumière sur le mur du détecteur. Par la suite, nous présentons la calibration du dépot de charge que nous avons effectuée pour les détecteurs proches et sur axe, INGRID et le Module Proton. En particulier, nous observons un phénomène de diaphonie optique entre des scintillateurs d'un certain type, que nous avons corrigé. Cette calibration est ensuite utilisée pour effectuer la première mesure de section efficace double différentielle des interactions (CC0π) des neutrinos avec le Module Proton. L'incertitude provenant des sections efficaces est l'une des sources principales d'erreurs sur la mesure des oscillations de neutrinos, et le canal CC0π est le canal principal d'interaction des neutrinos dans l'expérience T2K. Nous montrons que notre mesure est en accord avec les mesures récentes de l'expérience MiniBooNE. Enfin, nous présentons la première recherche de signaux de violation de l'invariance de Lorentz dans l'expérience T2K. Nous montrons que les oscillations de neutrinos constituent l'une des sondes les plus sensibles pour ce phénomène. Nous dévoilerons d'abord les raisons de la recherche d'un tel effet, avant de présenter notre résultat de recherche de violation d'invariance de Lorentz qui utilise le détecteur INGRID nouvellement calibré. Nous montrons qu'aucun effet de cette violation n'est observé dans ce détecteur proche de T2K.
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Dates et versions

tel-01413989 , version 1 (12-12-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01413989 , version 1

Citer

Benjamin Quilain. Measurement of the muon neutrino cross section through charged-current interactions and search for Lorentz invariance violation at the T2K experiment. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Ecole polytechnique X, 2014. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01413989⟩
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