A survey of the theory of neutrino oscillations in dense matter and neutrino backgrounds is presented. We discuss collective neutrino systems using the gyroscopic pendulum analogy and describe the motion that results from self-induced parametric resonances. The effects of dense matter on the flavour oscillations of neutrinos are also detailed. This theory is applied to the case of continuous supernova neutrino spectra and explanations of the spectral swapping behaviour seen in numerical studies are summarized. The results of numerical simulations of supernova oscillations in turbulent supernova backgrounds are presented and discussed. We study the motion of two example supernova neutrino spectra and examine the differences in the dynamics and flavour evolution that results from adding turbulent fluctuations to the supernova matter background. We also investigate the effect that fluctuations in the neutrino density can have on the oscillation behaviour. We find that in general the final neutrino spectra emerging from the inner supernova regions are quite robust to fluctuations in the backgrounds in our model, while the intermediate dynamics can be very strongly altered. Some significant changes in the final spectra are also found to occur when the neutrino background density fluctuations are large. We give a detailed review of the resonant matter effects that determine the survival probabilities of atmospheric muon neutrinos. The differences between various Earth density models are described, and these models are then used to predict the flux of muon-type neutrino events in the Deep Core extension to the IceCube detector. We use recent results from the detector collaboration and build on previous work which considered the sensitivity of the detector to the mass hierarchy, and show that uncertainties in the Earth's density can have a significant influence on the event rates.

Orientador: Orlando Luis Goulart Peres. / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T10:38:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BastoGonzalez_VictorSaul_M.pdf: 1541009 bytes, checksum: b798dea659147d5050c68800d40ceb0a (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Com este trabalho buscamos entender o fenômeno de oscilações de neutrinos na matéria. Para isto, estudamos a propagação de neutrinos em Supernovas. O estudo é feito nestes objetos astrofísicos, pois são produzidos neutrinos de todos os sabores quando a estrela progenitor da Supernova é muito massiva. Além de isto, estes corpos celestes atingem densidades muito maiores que a densidade solar. Uma razão adicional muito importante é que os neutrinos são mensageiros ideais e poderão ser observados antes mesmo da observação óptica da explosão de Supernova, assim eles podem fornecer informação sobre os processo que levam à formação de Supernova. Para fazer esse estudo consideramos os valores atuais dos parâmetros de oscilações de neutrinos e um perfil de densidade para a matéria da estrela moribunda. Encontramos que os neutrinos experimentam o efeito Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein (MSW) em dois regimes de densidades diferentes. A existência destas regiões dependerá da hierarquia nas massas dos neutrinos e se é partícula/antipartícula. Encontramos que para no caso de antineutrinos eletrônicos o fluxo na Terra dependerá do tipo de hierarquia e do valor do ângulo de mistura q13, esse ângulo de mistura modificará o tipo de transição pela zona de ressonância de densidades altas na Supernova. Encontramos que o número de eventos, para esses antineutrinos, è diferente se a hierarquia na massa é normal ou invertida. A diferença é mais notória se a luminosidade em neutrinos não está equipartida. Também encontramos que o número de eventos no detector Super-Kamiokande dependerá do tipo de propagação na região mais interna de Supernova para hierarquia invertida e caso q 13 10-3 , podemos ter informação sobre esses ângulo de mistura caso conseguiremos diferenciar o espectro sem oscilação e com oscilação induzido por efeito puramente adiabático. Neste estudo não tivemos em conta o efeito da matéria na Terra. / Abstract: In this work we study the behaviour of the neutrino oscillations in the matter. To do so, we studied the propagation of neutrinos in Supernovae. The study is done on this astrophysical objects because there are produced all avor of neutrinos when the Supernova progenitor star is very massive. Moreover, this celestial bodies reach much higher densities than the solar density. An additional and very important reason to study neutrinos in Supernova is because neutrinos are ideal messengers, thus they could be detected even before of the optical observation of the Supernova explosion. We considered the updated oscillation parameter values for neutrinos and a density profile of the matter in the dying star. Also, we consider that in the neutrino propagation in a medium it is modified by the medium density, being known as Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein (MSW) effect. The existence of regions in which the MSW effect is very relevant will depend on the mass hierarchy of the neutrinos/antineutrinos and if they are neutrinos or antineutrinos. We found in the case of anti electron neutrinos that the ux in the Earth will depend on the type of hierarchy and on the value of the mixing angle q 13, that angle will modify the kind of transition in the resonance zone in the regime of high densities in the Supernova. We calculated the number of events for those antineutrinos and we have found that the value depend if the mass hierarchy is normal or inverted. The difference is even more evident if the total luminosity of the neutrinos is not equally distributed between the all neutrino avors. Finally, we also found that the number of events in the Super-Kamiokande detector will depend on the propagation in the Supernova inner region for the inverted hierarchy and when the mixture angle q 13 10-3. In this study we will not consider the Earth¿s matter effect. / Mestrado / Física das Particulas Elementares e Campos / Mestre em Física

Le détecteur Borexino, situé au laboratoire souterrain du Gran Sasso (LNGS), mesure les neutrinos solaires depuis 10 ans. Parmi les neutrinos solaires, le spectre continu du 8B jusqu’à 17 MeV permet de tester la zone de transition de l’effet de résonance dans la matière dit effet MSW. Cette nouvelle analyse augmente d’un ordre de grandeur la statistique par rapport à la précédente mesure de Borexino publiée en 2011. Pour ce faire, l’ensemble du volume scintillant a été inclus dans l’analyse, aucune coupure géométrique n’ayant été effectué au dessus de 5 MeV. Cela a permis l’identification d’un nouveau bruit de fond non pris en compte précédemment. L’ensemble des bruits de fond au dessus de 3 MeV est maintenant compris et la composante neutrino peut-être extraite d’un fit radial du détecteur. Afin de tester l’existence d’un neutrino stérile léger, une source de 3-5,5 PBq de 144Ce sera installée sous Borexino au début de l’année 2018 pour un an et demi de prise de données : c’est l’expérience CeSOX. Cette source est produite par PA MAYAK par purification de combustible nucléaire usagé, par conséquent les potentiels contaminants radioactifs sont très nombreux et peu contraints. Pour tester l’hypothèse stérile, une mesure en flux, une mesure en forme et une mesure combinée seront effectuées dans l’ensemble du détecteur Borexino. Ces mesures sont fortement dépendantes de la connaissance intime de la source (composition, forme du spectre beta du 144Ce, énergie moyenne 144Ce et 144Pr). A cette fin, un spectromètre gamma a été spécifiquement étalonné et entièrement simulé au CEA, Saclay. De même un spectromètre beta a été dessiné, assemblé, simulé et est en cours d’étalonnage. Finalement, des mesures de spectrométrie alpha et de masse seront réalisés sur des échantillons représentatifs envoyés au CEA, Saclay afin de contraindre au mieux la composition de la source de 144Ce de SOX. / Located in the Gran Sasso underground laboratory (LNGS), Borexino measures solar neutrinos for 10 years. Among solar neutrinos, 8B continuous spectrum (up to 17 MeV) enables to test the transition zone between vacuum and matter regime of the MSW effect. This new measurement increases by one order of magnitude the exposure with respect to previous Borexino publication. To do so, the entire active volume is considered in this analysis above 5 MeV. A new background has been identified and a radial fit is done above 3 and 5 MeV enabling to extract the neutrino component. Existence of a light sterile neutrino would have important consequences on astrophysics and cosmology. SOX is the only experiment aiming at testing this hypothesis using a punctual radioactive source. A 3-5.5 PBq 144Ce source is actually under production and will be positioned under Borexino in 2018. Precise knowledge of the source is one of the main challenge of this experiment, based on rate and shape neutrino measurement. Two critical parameters are the heat released by the source for activity measurement and the expected neutrino spectrum in the detector. We first describe the SOX experiment insisting on 144Ce source production. Then, we focus on Saclay installations dedicated to constrain radioactive contamination inside the source using representative samples. Alpha, gamma and mass spectroscopy calibration and simulation are discussed and competitive constrains are derived. A status on 144Ce beta shape measurements is done as well as presentation of future measurement.

Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T11:03:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valdiviesso_GustavodoAmaral_M.pdf: 1768172 bytes, checksum: d1861e9e1805a2a55abc030dde4bf22b (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O objetivo deste trabalho é produzir um texto didático que sirva como base para alunos de física, ao ingressarem na área da fenomenologia de neutrinos. Introduz-se o modelo de mistura de neutrinos no vácuo, baseado no conceito de superposição de estados. Mostra-se que esta hipótese leva ao fenômeno da oscilação de sabor, o qual se propõe ser uma solução para o problema do neutrino solar. Mostra-se que a oscilação que ocorre no vácuo entre o Sol e a Terra não pode explicar os dados experimentais, sendo necessária a inclusão dos efeitos da matéria solar. O meio solar leva a uma alteração nas previsões devido a efeitos de ressonância. O conjunto de fenômenos que ocorrem devido a presença e à distribuição do meio solar, chamado efeito MSW, leva à verdadeira solução do problema do neutrino solar. Faz-se um ajuste simples no modelo, encontrando o melhor ajuste aos dados de SuperKamiokande. Com o modelo ajustado, mostra-se a concordância com os dados de Homestake / Abstract: The subject of this work is to produce a didactic text that can be used by physics students as a basis when incoming on the neutrinos phenomenology area. We introduce the neutrinos mixing model in vacuum, based on the concept of state superposition. We show that this hypothesis leads to avor oscillation phenomenon, the one is proposed to be a solution to the solar neutrino problem. We show that vacuum oscillations between the Sun and the Earth cannot explain the experimental data, making necessary the inclusion of solar matter effects. The solar medium leads to modifications on the predictions because of resonance effects. The set of phenomenon that takes place due to the presence and to the distribution of solar medium, called MSW effect, leads to the real solution of the solar neutrino problem. We make a simple fit on the models parameters, finding the best fit to de SuperKamiokande data set. With the model fitted, we show that it agrees with Homestake data / Mestrado / Teoria Geral das Particulas e Campos / Mestre em Física

[pt] A oportunidade ímpar da construção do primeiro laboratório subterrâneo no Hemisfério Sul precisa ser alicerçada com importantes objetivos científicos, de maneira a competir com os demais laboratórios já existentes ao redor do planeta. Assim, no intuito de auxiliar na solidificação desta ideia, esta tese tem o propósito de verificar o potencial de um detector de neutrinos no futuro laboratório de ANDES para a observação de neutrinos vindos da próxima Supernova Galáctica. A observação de tais partículas é de fundamental importância para a compreensão do mecanismo de explosão de estrelas e para inferir ou desvendar propriedades dos neutrinos. Para tal, simulamos o número de eventos para o decaimento Beta inverso e para o espalhamento elástico v - p que seriam obtidos com a próxima supernova com o detector de ANDES considerando diferentes tipos de cintiladores líquidos, levando em conta o efeito MSW. Mostramos que através do espalhamento elástico v - p é possível reconstruir o fluxo total de todos os sabores de neutrinos, energia média e total liberados por neutrinos não-eletrônicos. Além disso, a comparação da razão dos números de eventos que vem de corrente carregada (depende da oscilação) e de corrente neutra (independente de oscilação), nos permite inferir a hierarquia de massa para alguns casos. Adicionalmente, estudamos a contribuição do laboratório de ANDES para a observação do efeito de matéria da Terra ao compararmos dados com outros detectores do Hemisfério Norte. Finalmente, investigamos a precisão angular para determinar a direção de uma supernova apenas usando o registro de neutrinos, que pode ser o caso de Supernovas que formam buracos negros ou sofram efeito de obscurecimento devido a poeira interestelar. / [en] The unique opportunity of construction of the first underground laboratory in the Southern Hemisphere must be grounded with important scientific goals in order to compete with others already existing laboratories around the word. In order to compete with idea as much as possible, this PhD Thesis aims to investigate the potential of a future neutrino detector at the ANDES laboratory to the observation of such particles is of fundamental importance to understanding the mechanism and starbust inferred or unravel properties of neutrinos as mass hierarchy, for example. To this end, we simulate the number of events for inverse beta decay and the elastic scattering of v - p that would be obtained with nearby supernova at the ANDES detector taking into account different types of liquid scintillator ande the phenomenon of MSW effect. We show that through the v - p elastic scattering is possible to reconstruct the total flux of all flavors of neutrinos, total and average energy released by non-electron neutrinos. furthermore, comparison of the ratio of observed and theoretical prediction, the number of the ANDES laboratory to the Northern Hemisphere. Finally, we investigate the angular precision for determining the direction of the supernova only using its neutrinos, which can be the situation when either supernovae collapses forming black holes or obscuration due to interstellar dust.