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AbstractAbstract
[en] The Super-Kamiokande experiment had a major part in astrophysical studies by investigating low energy neutrinos. It currently exhibits the best sensitivity to the diffuse neutrino background from distant supernovae. Low energy searches however face significant challenges due to important backgrounds from cosmic muon spallation: the reduction of this major contamination is fundamental in order to reach the sensitivity for a first observation of supernova relic neutrinos. Despite current reduction techniques, at the cost of a signal loss, remove a large fraction of spallation decays, the background rate remains dominant at 6-18 MeV kinetic energies. This is the reason why a new method has been developed implementing state-of-the-art neutron tagging algorithms, as well as a thorough characterization of spallation-inducing mechanisms. A unique FLUKA-based simulation, incorporating the most advanced nuclear models, played a key role in the investigation of spallation processes and in turn the tuning of new rejection methods. Thanks to the simulation we now have, not only an in-depth study of spallation backgrounds, but also a valuable tool for optimizing the analysis strategies of future low energy searches in water-Cherenkov detectors. Starting from the end of 2020, with the beginning of SK-Gd, the upgraded phase of Super-Kamiokande with the injection of gadolinium salt into the detector's otherwise ultrapure water, an increase of neutron detection efficiency is expected and thereby an extent of the experiment reach to the currently unobserved supernova relic neutrinos. A major effort in repairing the detector as well as an implementation of new calibration methods had been instrumental for the transition of the experiment and the first months of data taking have been successful. It is in this context that the new spallation reduction method, carefully optimized thanks to unique insights from simulation, proves its potential showing an unprecedented efficiency in spallation identification and opening the door for new discoveries. (author)
[fr]
L'experience Super-Kamiokande a joue un role majeur dans les etudes astrophysiques en etudiant les neutrinos de basse energie. Elle presente actuellement la meilleure sensibilite au bruit de fond diffus des neutrinos des distantes supernovae. Les recherches a basse energie sont cependant confrontees a des defis importants en raison des bruits de fond significatifs de la spallation cosmique des muons: la reduction de cette contamination majeure est fondamentale afin d'atteindre la sensibilite pour une premiere observation de neutrinos reliques. Malgre les techniques de detection actuelles qui eliminent une grande partie des desintegrations de spallation avec un cout d'une perte de signal importante, le taux de fond reste dominant aux energies cinetiques de 6 a 18 MeV. C'est la raison pour laquelle une nouvelle methode a ete developpee mettant en oeuvre des algorithmes de neutron tagging de pointe, ainsi qu'une caracterisation approfondie des mecanismes induisant la spallation. Une simulation originale basee sur FLUKA, incorporant les modeles nucleaires les plus avances, joue un role cle dans l'etude des processus de spallation et dans la mise au point de nouvelles methodes de rejet. Grace a la simulation, nous disposons desormais non seulement d'une etude approfondie des fonds de spallation, mais aussi d'un outil precieux pour optimiser les strategies d'analyse des futures recherches a basse energie dans les detecteurs water-Tcherenkov. A partir de fin 2020, avec le debut de SK-Gd, la phase amelioree de Super-Kamiokande avec l'injection de gadolinium dans l'eau ultrapure du detecteur, une augmentation remarquable de l'efficacite de detection des neutrons est attendue pour la recherche du fond diffus de neutrinos de supernova actuellement non observe. Un effort majeur de reparation du detecteur ainsi que la mise en oeuvre de nouvelles methodes de calibration ont ete determinants pour la nouvelle phase de l'experience et. Les premiers mois de prise de donnees ont ete couronnes de succes. C'est dans ce contexte que la nouvelle methode de reduction du bruit de fond de spallation, soigneusement optimisee grace a des informations issues de la simulation, prouve son reel potentiel montrant une efficacite sans precedent dans l'identification de la spallation et ouvrant la porte a de nouvelles decouvertes. (auteur)Original Title
Nouvelles etudes sur le fond cosmogenique de spallation pour la recherche de neutrinos reliques de Supernova dans l'experience Super-Kamiokande
Primary Subject
Secondary Subject
Source
16 Dec 2021; 200 p; 134 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat de l'Institut Polytechnique de Paris, Specialite: Physique
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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INIS VolumeINIS Volume
INIS IssueINIS Issue