Measurement of the muon neutrino cross section through charged-current interactions and search for Lorentz invariance violation at the T2K experiment - Neutrino oscillation
Description
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 (T2K near detector) through the production of a muon neutrino at J-PARC and detection of an electron neutrino 295 km away, at Super-Kamiokande far detector. 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 reaction 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. In T2K, neutrinos dominantly interact through charged current interactions with no pion in the final state (CC0π). 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. 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. (author)
Abstract (French)
L'experience T2K, situee au Japon, est une experience etudiant l'oscillation des neutrinos a longue distance. Elle vise a mesurer les parametres decrivant ce phenomene d'oscillations quantiques, et plus particulierement, l'angle de melange θ13. Ce dernier est mesure par la production de neutrinos muons a J-PARC et la detection de neutrinos electroniques 295 km plus loin, dans le detecteur Super-Kamiokande. Etant donne que T2K a mesure un angle de melange θ13 ≠ 0 a plus de 7σ de confiance, cela ouvre la possibilite de mesurer la phase de violation CP dans les experiences d'oscillation de neutrino. Par la mesure precise des parametres d'oscillations, T2K a pour but d'apporter les premieres contraintes sur l'existence possible d'une phase de violation CP dans le secteur leptonique. Apres avoir introduit la theorie d'oscillation des neutrinos ainsi que l'experience, nous presentons le Generateur de Cone, un dispositif que nous avons developpe afin de calibrer le detecteur lointain Super-Kamiokande. Nous etudions ensuite l'uniformite et l'isotropie de ce dernier, avant de mettre en evidence les differentes sources de desaccord entre les donnees et la simulation du detecteur. Nous montrons en particulier une imperfection dans la simulation de la re exion de la lumiere sur le mur du detecteur. Par la suite, nous presentons la calibration du depot de charge que nous avons effectuee pour les detecteurs proches et sur axe, INGRID et le Module Proton. En particulier, nous observons un phenomene de diaphonie optique entre des scintillateurs d'un certain type, que nous avons corrige. Cette calibration est ensuite utilisee pour effectuer la premiere mesure de section efficace double differentielle 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'experience T2K. Nous montrons que notre mesure est en accord avec les mesures recentes de l'experience MiniBooNE. Enfin, nous presentons la premiere recherche de signaux de violation de l'invariance de Lorentz dans l'experience T2K. Nous montrons que les oscillations de neutrinos constituent l'une des sondes les plus sensibles pour ce phenomene. Nous devoilerons d'abord les raisons de la recherche d'un tel effet, avant de presenter notre resultat de recherche de violation d'invariance de Lorentz qui utilise le detecteur INGRID nouvellement calibre. Nous montrons qu'aucun effet de cette violation n'est observe dans ce detecteur proche de T2K. (auteur)
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Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- Mesure de la section efficace des neutrinos muoniques par courant charge et recherche de la violation de l'invariance de Lorentz aupres de l'experience T2K
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 340 p.
- Report number
- FRNC-TH--13841
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 54020355
- Subject category
- S72: PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS; S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CHARGED-CURRENT INTERACTIONS; CP INVARIANCE; DATA ANALYSIS; DIFFERENTIAL CROSS SECTIONS; ELECTRON NEUTRINOS; MUON NEUTRINOS; NEUTRINO DETECTION; NEUTRINO MIXING ANGLE; NEUTRINO OSCILLATION; SUPER-KAMIOKANDE NEUTRINO DETECTOR
- Descriptors DEC
- CROSS SECTIONS; DATA PROCESSING; DETECTION; ELEMENTARY PARTICLES; FERMIONS; INTERACTIONS; INVARIANCE PRINCIPLES; LEPTONS; MASSLESS PARTICLES; MEASURING INSTRUMENTS; MIXING ANGLE; NEUTRINO DETECTORS; NEUTRINOS; PARTICLE INTERACTIONS; PROCESSING; RADIATION DETECTION; RADIATION DETECTORS
Optional Information
- Notes
- 111 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses