Published October 3, 2011 | Version v1
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Shock wave and neutrino self-interaction effects upon neutrino flavor conversion in the supernovae environment

Description

Since the discovery of the neutrino oscillation phenomenon by the Super-Kamiokande experiment and of the MSW effect as the solution of the solar neutrino deficit, the study of the neutrino propagation and of their flavor conversion in astrophysical environments is a very active field. This PhD thesis focuses upon flavor conversion phenomena of supernova neutrinos. In a first work, we performed the first complete calculation including the shock wave and the neutrino self-interaction to estimate the diffuse supernova neutrino background (DSNB) flux arriving on Earth. This neutrino flux comes from all the supernovae that exploded in the visible Universe. By varying the value of the third angle θ13 of the mixing matrix UMNSP, our numerical results have shown that the shock wave has a significant impact on the DSNB flux. At the same time, we have proposed a simplified model that accounts for the shock wave effects to be used in future calculations of the DSNB flux. The second work of this thesis is focused on the first exact analytical derivation of the matter Hamiltonian in the presence of the neutrino self-interaction. We have underlined, in the two flavors case, the important role of the Dirac phase β-bar appearing in the matter basis and established a condition on the elements of the flavor Hamiltonian for the onset of bipolar oscillations. In the third work, using the polarization vector formalism, we have identified a correspondence between the 'spectral split' and the magnetic resonance phenomena: the neutrino energies for which the magnetic resonance criteria are fulfilled undergo a flavor change at the location where the 'spectral split' occurs. A preliminary study of the three flavors case indicates us that the correspondence between the 'spectral split' and the magnetic resonance holds in this case as well. (author)

Abstract (French)

Depuis la decouverte du phenomene d'oscillation des neutrinos par l'experience Super-Kamiokande et de l'effet de resonance MSW comme solution au deficit de neutrinos solaires, l'etude de la propagation des neutrinos et de leur conversion de saveur dans un contexte astrophysique est un domaine tres actif. La presente these se focalise sur les phenomenes de conversion de saveur des neutrinos de supernova. Dans un premier travail, nous avons realise le premier calcul complet incluant l'onde de choc et l'auto-interaction des neutrinos pour estimer le flux du fond diffus de neutrinos de supernovae (DSNB) arrivant sur Terre. Ce flux de neutrinos provient de toutes les supernovae qui ont explose dans l'Univers visible. En variant la valeur du troisieme angle θ13 de la matrice de melange UMNSP, nos resultats numeriques ont montre que l'onde de choc a un impact significatif sur le flux du DSNB. Nous avons par la meme occasion propose un modele simplifie qui prend en compte les effets de l'onde de choc et qui pourrait etre utilise pour des calculs futurs de flux du DSNB. Le deuxieme travail de cette these s'est concentre sur la premiere derivation analytique exacte de l'Hamiltonien de matiere en presence de l'auto-interaction des neutrinos. Nous avons souligne, pour le cas a deux saveurs, le role important tenu par la phase de Dirac β-bar apparaissant dans la base de matiere et nous avons etabli une condition sur les elements de l'Hamiltonien de saveur pour le debut des oscillations bipolaires. Dans le troisieme travail, utilisant le formalisme des vecteurs polarisations, nous avons identifie une correspondance entre les phenomenes de 'spectral split' et de resonance magnetique: les energies pour lesquelles les criteres de resonance magnetique sont remplis subissent une conversion de saveur a l'endroit ou le 'spectral split' a lieu. Une etude preliminaire du cas a trois saveurs nous indique que la correspondance entre le 'spectral split' et la resonance magnetique est toujours presente. (auteur)

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Original title (English)
Effets de l'onde de choc et de l'auto-interaction des neutrinos sur la conversion de saveur des neutrinos dans l'environnement des supernovae

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Imprint Pagination
183 p.
Report number
FRNC-TH--14106

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Notes
127 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses