T2K est une expérience de neutrinos à longue ligne de base à base d'accélérateurs au Japon. Le but principal de l'expérience T2K est la recherche d'une violation de la PC dans le secteur du lepton en mesurant l'apparence (anti)neutrino des électrons dans un faisceau muon (anti)neutrino. Le flux (anti) neutrino initial est produit par les désintégrations des hadrons qui proviennent des interactions et des ré-interactions d'un faisceau de protons de 30 GeV avec une cible en graphite de 90 cm de long. La connaissance du flux de neutrinos T2K est limitée en raison des grandes incertitudes liées à la production de hadrons. Une série de mesures de production d'hadrons a été effectuée pour résoudre ce problème, dans l'expérience NA61/SHINE au CERN. Les mesures ont été effectuées avec un faisceau de protons et deux types de cibles : une cible en graphite mince et une réplique de la cible T2K. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur les données cibles de la réplique T2K prises en 2010 et sur le développement du logiciel d'analyse et d'étalonnage. Le but de ces mesures est de contraindre complètement la production de π+, π+, π-, K+, K+, K- et p provenant de la surface cible en mesurant les rendements différentiels en hadrons dans les cellules du momentum de particules sortant (p), l'angle polaire (θ) et la position longitudinale sur la surface cible (z). Cela permettra de réduire les incertitudes du flux de neutrinos T2K d'environ 10 % à moins de 5 %. Les prédictions de Fluka2011.2c.5 Les listes de physique Monte Carlo, NuBeam et QGSP_BERT de Geant4.10.03 ont été comparées aux données et il a été constaté que Fluka2011.c2.5 donne la meilleure prévision. / T2K is an accelerator-based long-baseline neutrino experiment in Japan. The main goal of the T2K experiment is a search for CP violation in the lepton sector by measuring electron (anti) neutrino appearance in a muon (anti)neutrino beam. Initial (anti) neutrino flux is produced in decays of hadrons which originate from the interactions and the re-interactions of a 30 GeV proton beam with a 90 cm long graphite target. Knowledge of the T2K neutrino flux is limited due to large hadron production uncertainties. A series of hadron production measurements were done to solve this problem, in the NA61/SHINE experiment at CERN. Measurements were performed with a proton beam and two target types: a thin graphite target and a replica of the T2K target. Work presented in this thesis concentrates on the T2K replica target data taken in 2010 and the development of the analysis and calibration software. The aim of these measurements is to fully constrain production of π+ , π− , K+ , K− and p coming from the target surface by measuring differential hadron yields in the bins of outgoing particle momentum (p), polar angle (θ) and longitudinal position on the target surface (z). This will allow reduction of the T2K neutrino flux uncertainties from around 10% to below 5%. Predictions of Fluka2011.2c.5 Monte Carlo, NuBeam and QGSP_BERT physics lists from Geant4.10.03 have been compared to the data and it has been found that Fluka2011.c2.5 gives the best prediction.

abstract: For this project, the diffuse supernova neutrino background (DSNB) has been calculated based on the recent direct supernova rate measurements and neutrino spectrum from SN1987A. The estimated diffuse electron antineutrino flux is ∼ 0.10 – 0.59 /cm2/s at 99% confidence level, which is 5 times lower than the Super-Kamiokande 2012 upper limit of 3.0 /cm2/s, above energy threshold of 17.3 MeV. With a Megaton scale water detector, 40 events could be detected above the threshold per year. In addition, the detectability of neutrino bursts from direct black hole forming collapses (failed supernovae) at Megaton detectors is calculated. These neutrino bursts are energetic and with short time duration, ∼ 1s. They could be identified by the time coincidence of N ≥2 or N ≥3 events within 1s time window from nearby (4 – 5 Mpc) failed supernovae. The detection rate of these neutrino bursts could get up to one per decade. This is a realistic way to detect a failed supernova and gives a promising method for studying the physics of direct black hole formation mechanism. Finally, the absorption of ultra high energy (UHE) neutrinos by the cosmic neutrino background, with full inclusion of the effect of the thermal distribution of the background on the resonant annihilation channel, is discussed. Results are applied to serval models of UHE neutrino sources. Suppression effects are strong for sources that extend beyond z ∼ 10. This provides a fascinating probe of the physics of the relic neutrino background in the unexplored redshift interval z ∼ 10 – 100. Ultimately this research will examine the detectability of DSNB, neutrino bursts from failed supernovae and absorption effects in the neutrino spectrum. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Physics 2013

O objetivo desta dissertação foi estudar os sinais que neutrinos provenientes de supernovas galáticas poderão produzir em detectores futuros, através de simulações de eventos observados na Terra por um detector Cherenkov pela reação de decaimento beta inverso. Por ser um local único em que neutrinos se encontram em condições de equilíbrio térmico, a física de neutrinos de supernova pode ser fonte de novo conhecimento na física de partículas elementares. Iniciamos o trabalho apresentando os aspectos mais importantes da física de neutrinos tal como é conhecida hoje, seguido de um estudo do papel do neutrino na explosão de uma supernova do tipo II e a influência das oscilações em futuras observações. As simulações foram feitas primeiramente considerando uma supernova de potencial estático, com a determinação de limites nos principais parâmetros que descrevem sua dinâmica. Utilizamos os casos de hierarquia normal e inversa e ângulos de mistura nos limites totalmente adiabático e não-adiabático. Posteriormente consideramos uma supernova de potencial dinâmico, a partir da qual estudamos o comportamento das probabilidades de transição e o perfil do espectro detectado nos mesmos casos anteriores. Com este potencial também foi possível observar o comportamento temporal do espectro e como este pode ser modificado com a hierarquia e ângulo de mistura. Mostramos que em uma futura detecção, o número de eventos e conseqüentemente sua variação com parâmetros de supernova não terão interferência considerável do efeito de onda de choque. Contudo, este pode causar distorções no espectro energético e temporal que poderão ter papel importante na determinação da hierarquia de massa e maior delimitação do ângulo de mistura. / The goal of this dissertation is to study the signals that supernova neutrinos could produce in future detectors, through simulations of events observed on Earth by a Cherenkov detector and inverse beta decay reaction. Since a supernova has been the only situation in which neutrinos are able to reach thermal equilibrium, the physics of supernova neutrinos can be source of a new knowledge in physics of elementary particles. We begin this work presenting the most important aspects of neutrino physics as known today, and then studying the role of neutrino in a type II supernova explosion and the oscillation influence in future observations. The simulations were initially performed considering a static potential, defining limits for the main parameters that describe its dynamics. We considered the cases of normal and inverse mass hierarchy and mixing angles within fully adiabatic and non-adiabatic limits. Later we used a supernova dynamic potential to study behavior of transitions probabilities and the profile of the spectrum detected in these previous cases. From this potential we also observed the temporal behavior of the spectrum and how it can be modified with the hierarchy and the mixing angle. We show that, in a future detection, the number of events and hence their variations with supernova parameters, will not suffer interference of the shock wave effect. However, this effect can cause distortions in the energy and time spectrum that could have an important role in determining the mass hierarchy and better constraints for the mixing angle.

Atualmente existem muitas evidências da presença de matéria escura no Universo. Estas motivaram a existência de vários experimentos para sua detecção. Entre os experimentos de detecção indireta de matéria escura, o PAMELA, o ATIC e o Fermi-LAT observaram recentemente excessos de elétrons e pósitrons no fluxo galáctico em relação ao esperado para estas partículas. Estes resultados podem ser explicados pela aniquilação de matéria escura com massas entorno a 1 TeV em nossa galáxia, com produção de léptons. No entanto, para tal, estas observações requerem um aumento na taxa de aniquilação relativa à esperada da produção térmica de matéria escura. Este aumento pode ser devido a existência de subestruturas de matéria escura no halo galáctico ou a mecanismos de interação, como o efeito Sommerfeld, que aumentam a seção de choque de aniquilação das partículas de matéria escura. Neste _ultimo caso, deve ocorrer também um aumento na taxa de neutrinos provenientes da aniquilação de matéria escura no núcleo da Terra. Neste trabalho, estimamos as taxas destes neutrinos e usamos os resultados finais do AMANDA-II e resultados recentes de IceCube para testar cenários genéricos que contemplam um aumento na seção de choque de aniquilação. Apresentamos os nossos resultados em função da seção de choque de interação da matéria escura com os núcleos multiplicada pela fração da aniquilação das partículas de matéria escura em neutrinos e, também em função de um fator genérico de boost que parametriza o aumento na seção de choque de aniquilação. Encontramos que modelos de matéria escura requerem fatores de boost da ordem O(100) ou mais e que se aniquilam significativamente em neutrinos são excluídos como explicação dos excessos leptônicos medidos. / Currently there are many evidences of the existence of dark matter in the Universe. These led to experimental dark matter searches and, among them, some indirect detection experiments, PAMELA, ATIC and Fermi-LAT, have recently observed excesses in the galactic flux of electrons and positrons relative to the expected flux of these particles. These results could be explained by dark matter, with masses of the order of 1 TeV, annihilating into leptons in our galaxy. However, in order for this to explain the mentioned excesses, it is required that the dark matter annihilation rate is greater than the implied rate assuming the expected dark matter thermal annihilation cross section. This greater rate could be due to the presence of dark matter substructures in the galactic halo or due to interaction mechanisms, such as the Sommerfeld effect, that enhance the dark matter annihilation cross section. In the latter case, an enhancement in the neutrino flux from annihilation of dark matter particles in the Earth nucleus should also occur. In this work, we use the final results of AMANDA-II and recent results of IceCube to probe generic enhancement scenarios. We present results as a function of the dark matternucleon interaction cross section weighted by the branching fraction into neutrinos, and as a function of a generic boost factor, which parametrizes the expected enhancement of the annihilation rate. We find that dark matter models that require boosts factors of O(100) or more and that annihilate mainly into neutrinos are excluded as a explanation for the observed leptonic excesses.

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-08-21T14:06:33Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ohana Benevides Rodrigues - 2018.pdf: 55370195 bytes, checksum: 561eb17a68ab26adaad81c0fca8020af (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-08-22T12:50:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ohana Benevides Rodrigues - 2018.pdf: 55370195 bytes, checksum: 561eb17a68ab26adaad81c0fca8020af (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-22T12:50:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ohana Benevides Rodrigues - 2018.pdf: 55370195 bytes, checksum: 561eb17a68ab26adaad81c0fca8020af (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-06-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Liquid Argon Time Projection Chambers (LArTPCs) are ideal detectors for precision neutrino physics, but their technology is not completely mastered so far. In order to achieve a complete domain over the technology, the Liquid Argon In A Testbeam (LArIAT) experiment was built. LArIAT consists of a LArTPC placed at a dedicated calibration test beamline at Fermilab. In 2016 LArIAT performed the first pion-argon cross section measurement in history. The Aerogel Cherenkov detectors and the Muon Range Stack (MuRS) detector are auxiliary detectors whose purpose is to separate incoming pions and muons at the Time Projection Chamber (TPC) and separate the through-going muons and pions from the TPC, respectively. These detectors' data were not used on this first analysis due to the lack of people working on their data reconstruction. Therefore, on this work we used as tool the Geant4 Monte Carlo software to characterize the MuRS detector and quantify its purity and efficiency on muon/pion separation. / Câmaras de projeção temporal de argônio líquido (do inglês, LArTPC), são detectores considerados ideais para a física de neutrinos de alta precisão por permitirem a reconstrução de trajetórias de partículas com precisão na ordem de milímetros. Apesar de seu potencial, a tecnologia ainda não é perfeitamente dominada. Com este objetivo em mente, o experimento Liquid Argon In A Testbeam (LArIAT) foi construído. O LArIAT consiste em uma câmara de projeção temporal colocada em uma linha de feixe dedicada. Em 2016, o LArIAT apresentou a primeira medida de seção de choque entre píons e argônio líquido da história. Na ocasião da publicação deste resultado, dois dos detectores acessórios do experimento ainda não tinham seus dados reconstruídos: o detector Cherenkov de aerogel e o Muon Range Stack (MuRS). O último é o foco deste trabalho. O objetivo fundamental do MuRS é permitir a distinção entre píons e múons cujas trajetórias não estão completamente contidas dentro do LArTPC. Para investigar a capacidade do detector de distinguir múons e píons e quantificar sua eficiência e pureza, este trabalho simulou a interação de píons e múons com o detector via Monte Carlo utilizando o Geant4.

Orientador: Orlando Luis Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:10:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Picoreti_Renan_M.pdf: 2695409 bytes, checksum: 33f93ce114e33774d72d40191bbac72b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neutrinos Astrofísicos são produzidos quando prótons ou núcleos, acelerados numa fonte astrofísica, interagem com a matéria nas imediações gerando méons que decaem fracamente produzindo neutrinos. Remanescentes de Supernovas, Núcleos Ativos de Galáxias (AGN) e Explosões de Raios Gama (GRB) são alguns dos candidatos a fontes, e a detecção desses neutrinos pode fornecer informações tanto sobre esses objetos astrofísicos quanto sobre a física de neutrinos. Neste trabalho, supomos, de forma simplificada, que nas fontes são produzidos mésons ¶ ± num espectro de lei de potência da energia, 8 E¶ -a . Calculando-se os espectros de produção dos neutrinos gerados na cadeia de decaimento, obtém-se, no limite em que as partículas são ultrarrelativísticas, uma razão entre sabores de neutrinos muônicos e eletrônicos que é função do expoente do espectro inicial, a, dos píons. Calculamos uma correção a essa razão devido a termos proporcionais à massa do elétron, geralmente desprezada na literatura, e verificamos a validade da razão na aproximação ultrarrelativística. Entre produção e detecção, a razão entre sabores deve se modificar devido ao fenômeno da oscilação de neutrinos. Assim, discutimos a possibilidade de, através da detecção destes neutrinos e da medição da razão entre os sabores, inferir-se propriedades da produção dos neutrinos na fonte ou mesmo verificar-se a existência de novos fenômenos da física de neutrinos, em especial, o decaimento de neutrinos / Abstract: Astrophysical Neutrinos are produced when protons or nuclei, accelerated in a astrophysical source, interact with the surrounding matter generating weakly decaying mesons that decay producing neutrinos. Supernova Remnants, Active Galactic Nuclei (AGN) and Gamma-ray Bursts (GRB) are some of the candidates to such sources, and the detection of those neutrinos may provide information about these astrophysical objects and about neutrino physics. In this work, we suppose, in a simplified manner, that the sources produce ¶ ± mesons with a power law spectrum, 8¶ -a .Upon calculation of the neutrino production spectra on the pion decay chain, it is obtained, on the ultra-relativistic limit, the flavor ratio between muon and electron neutrinos as a function of the slope of the initial pion spectrum. We calculated a correction to this flavor ratio due to non-vanishing electron mass, usually disregarded, and we verified if the ultra-relativistic limit is reasonable. Between neutrino production and detection, the flavor ratio is modified due to the neutrino flavor oscillation. Thus, we discuss the possibility of inferring the source properties or new neutrino physics phenomena, such as neutrino decay, through the detection of astrophysical neutrinos and the measurement of its flavor ratio / Mestrado / Física das Particulas Elementares e Campos / Mestre em Física

Orientadores: Ernesto Kemp , Orlando Luis Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T13:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miguez_BrunoSilvaRodriguez_M.pdf: 1981431 bytes, checksum: b136bcf1df6dec73fc94b57c7d498cf0 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: É predita a existência de um fluxo de neutrino difusos, gerado pela integração no tempo de todas as supernovas que ocorreram ao longo da evolução do universo e ponderado pelas taxas de formação estelar e de ocorrência de supernovas. As características espectrais destes neutrinos se diferenciam de neutrinos de supernovas recentes principalmente por dois motivos: a redução de seus fluxos e o desvio para energias menores causado pela expansão do universo. Logo, mesmo que o efeito gerado por uma supernova seja um pulso temporal de eventos, seu efeito acumulado gera um fluxo estacionário de neutrinos difusos em todo o universo. Estes neutrinos nunca foram observados antes. Apenas limites superiores para seu fluxo foi reportados pelas colaborações associadas a telescópios de neutrinos. Recentemente a Colaboração SNO fez uma análise dependente do modelo de supernova que estabeleceu experimentalmente 9.3x 101 vecm-2s-1 como o limite superior para o fluxo total de neutrinos eletrônicos difusos. Esta análise reduziu em cerca de 2 ordens de grandeza o limite experimental anterior estabelecido pela Colaboração LSD. Atualmente, os limites mais restritivos para o fluxo difuso de neutrinos não eletrônicos é de » 10 3 vcm-2s-1 e foram estabelecidos por estudos fenomenológicos, uma análise de dados feitas por cientistas externos a colaboração, de dados do Superkamiokande. No entanto, os melhores limites experimentais ainda são os da Colaboração LSD » 107 vcm-2s-l. Neste trabalho, extendemos a análise do SNO incluindo espalhamento elástico em elétrons via interações de corrente neutra para extrair informações do fluxo difuso de neutrinos não eletrônicos (vm , vt). Também foram feitas comparações como os outros limites atualmente aceitos / Abstract: There is a prediction of a diffuse neutrino flux yield from the lime integration of all supernova a1ready exploded in the past governed by stellar fomation and supemovae occurrence rates. The spectral characteristics of these neutrinos differ from those from recent supernovae mainly in two features: the reduction in their fluxes and their energy "red-shift" due the expansion of lhe universe. Thus, despite the fact that one single supernova is a transient state, their cumulative effect produces a steady flux of diffuse neutrinos everywhere in universe. These neutnnos have never been observed before. Only upper limits on their fluxes have been reported by lhe collaborations operating neutrino telescopes. Recently lhe SNO experiment have made an analysis where the total flux of diftuse electron neutrinos has an upper limit of 9.3 x 101 vecm-2s-1, depending on a specific supernova model. This analysis reduced by a factor 100 the anterior best limit, estabilished by LSD Collaborotion. At the present, the best limit for lhe diffuse flux of non-electron neutrinos is » 10³vcm-² s-¹, resulted from an fenomenological analysis of lhe Super-Kamiokande data. However, the best experimental limits are » 107 vcm-²s-¹, estabilished by LSD Collaboration. In this work we have extended lhe SNO analysis including lhe elastic scattering on electrons via neutral current interactions to extract intormation on diftuse flux of lhe non-electron neutrino flavours (i.e. muon and tauon neutrinos). We make a comparison among our results and others currently accepted. / Mestrado / Física das Particulas Elementares e Campos / Mestre em Física

Orientador: Orlando Luís Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:53:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salgado_MaurilioFerreira_M.pdf: 1919300 bytes, checksum: 5f4341c064eb9c9bbcc9a3ae84fa84d8 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A massa é um dos objetos de estudo mais importantes em física de neutrinos, talvez o mais importante. Nesta dissertação discutimos como se dá a geração de massa no Modelo Padrão, que é capaz de explicar de maneira compacta grande parte da diversidade dos fenômenos observados em física de partículas. Nele o neutrino é previsto como uma partícula sem massa. Na sequência discorremos sobre a oscilação, atualmente quase unânime na comunidade científica, e como a hipótese de oscilação de neutrinos implica a existência da massa do neutrino (divergindo do Modelo Padrão) e estudamos as possibilidades de o neutrino ser uma partícula de Dirac ou Majorana. Por fim, dedicamos atenção ao fenômeno de duplo decaimento beta, que é uma tentativa de identificar qual tipo de partícula é o neutrino, e especialmente ao KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) que visa à determinação da escala absoluta de massa dos neutrinos através do espectro do elétron no decaimento beta do trítio. Nesse reproduzimos a sensibilidade esperada (0:2eV) por um método independente e testamos, para quatro neutrinos misturados e massivos, como o espectro se modifica e se o experimento conseguiria discriminar esse caso, o que se mostrou inviável / Abstract: The mass is one of the most important study subjects in neutrino physics, if not the most important. In this dissertation we discuss how mass is generated in the Standard Model, which explains in a compact way almost all of the observed phenomena diversity in particle physics. It forcasts a massless neutrino. Following we expatiate on neutrino oscilations, almost unanimous in the scientific community nowadays, and argue how the neutrino oscilation hypothesis implies the existence of neutrino mass (diverging of Standard Model) and study the possibilities that the neutrino could be a Dirac or Majorana particle. Lastly, we devote attention to the double beta decay experiment, which is a trial in identifing which particle the neutrino is, and specialy to KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) which aims the determination of the neutrino mass scale using the electron spectra in tritium beta decay. In this one we reproduce the expected sensitivity (0:2eV) by an independent method and test, for four mixed and massive neutrinos, how the spectrum modifies and if the experiment could differentiate this case, which proved impracticable / Mestrado / Física / Mestre em Física

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-20T13:03:17Z No. of bitstreams: 2 Tese - Michelle Mesquita de Medeiros - 2015.pdf: 11143375 bytes, checksum: a92992a09fff29dbf23fddec60369e77 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-20T13:05:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Michelle Mesquita de Medeiros - 2015.pdf: 11143375 bytes, checksum: a92992a09fff29dbf23fddec60369e77 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-20T13:05:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Michelle Mesquita de Medeiros - 2015.pdf: 11143375 bytes, checksum: a92992a09fff29dbf23fddec60369e77 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-05-07 / The MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) and MINOS+ experiments were designed to study neutrino oscillations using a muon neutrino beam which is detected in two different locations, in the Near Detector and in the Far Detector. The distance between the detectors allows the beam neutrinos to oscillate to a different flavor. Therefore, a disappearance of the muon neutrinos from the beam is observed in the Far Detector. The Far Detector has a special apparatus which makes possible the selection of atmospheric neutrinos and antineutrinos. These come from interactions of cosmic rays with the Earth’s atmosphere. Both detectors have a magnetic field, allowing the distiction between neutrinos and antineutrinos interactions. This thesis presents the first combined analysis of data from the MINOS and MINOS+ experiments. We have analyzed the combined neutrino energy spectrum from the complete MINOS beam data and the first, more energetic, MINOS+ beam data. The disappearance of the muon neutrinos was observed and the data has shown to be congruent with the oscillation model. Beyond that, we have measured the atmospheric oscillation parameters of the beam and atmospheric neutrinos and antineutrinos from MINOS combined with the atmospheric neutrinos and antineutrinos from MINOS+. Assuming the same oscillation parameters for both neutrinos and antineutrinos, the best fit is obtained for inverted hierarchy and lower octant with m2 32 = 2:37 10􀀀3 eV2 and sin2 23 = 0:43, and the limits m2 32 = [2,29 - 2,49] 10􀀀3 eV2 (68%) and sin2 23 = 0.36 - 0.66 (90%). These results are the most precise measurement of the neutrinos mass splitting using muon neutrino disappearance data only. / Os experimentos MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) e MINOS+ foram projetados para o estudo da oscilação de neutrinos por meio do uso de um feixe de neutrinos muônicos que é detectado em dois diferentes locais, no Near Detector e no Far Detector. A distância entre os dois detectores permite com que os neutrinos do feixe oscilem para outro sabor de neutrino, observando-se um “desaparecimento” de neutrinos muônicos no Far Detector. Além disso, este detector possui aparatos especiais que possibilitam a seleção de neutrinos e antineutrinos atmosféricos, os quais são provenientes das interações de raios cósmicos com a atmosfera terrestre. Ambos detectores possuem um campo magnético que proporciona meios para a distinção das interações de neutrinos e antineutrinos. Esta tese apresenta a primeira análise combinada de dados dos experimentos MINOS e MINOS+. Foi realizada uma análise do espectro de energia dos neutrinos considerando dados completos do feixe do experimento MINOS combinados com os primeiros dados do feixe mais energético do experimento MINOS+. Observou-se o desaparecimento dos neutrinos muônicos do feixe e os dados se mostraram condizentes com o modelo de oscilação. Além disso, realizou-se a medida dos parâmetros de oscilação atmosféricos dos neutrinos empregando-se o modelo de três sabores incluindo efeitos de matéria para dados de neutrinos e antineutrinos atmosféricos e do feixe do MINOS, combinados com os dados de neutrinos e antineutrinos atmosféricos do MINOS+. Assumindo mesmos parâmetros de oscilação para ambos neutrinos e antineutrinos, o melhor ajuste obtido foi para hierarquia invertida e octante inferior em m2 32 = 2;37 10􀀀3 eV2 e sin2 23 = 0;43, com limites m2 32 = [2,29 - 2,49] 10􀀀3 eV2 (68%) e sin2 23 = 0,36 - 0,66 (90%). Estes resultados representam a medida mais precisa já realizada do parâmetro de massa dos neutrinos usando somente dados de desaparecimento de neutrinos muônicos.

In this thesis we studied dark matter models with strong self-interactions, typically known as self-interacting dark matter (SIDM). This kind of models constitute a promising solution to the tension between small scale structure observations and predictions assuming the standard case of collisionless cold dark matter (CDM) while keeping the success of the standard cosmological model, LambdaCDM, at large scales. The presence of strong self-interactions can increase the dark matter capture and annihilation in astrophysical objects like our sun, enhancing the potential of indirect detection signals. We used the high energy neutrinos produced by such annihilations to probe SIDM models. We established strong constraints on SIDM with velocity independent cross section by comparing the expected neutrino signal with the results of the IceCube-79 dark matter search. Also, we determined the sensitivity for the IceCube-DeepCore and PINGU detectors for SIDM with a velocity dependent self-interacting cross section (vdSIDM). Most of its relevant parameter space can be tested with the three years of data already collected by IceCube-DeepCore, complementing results from direct detection experiments and other indirect detection studies. / Nesta tese investigamos modelos de matéria escura com auto-interações fortes, conhecidos tipicamente como matéria escura auto-interagente (SIDM). Este tipo de modelos constituem uma solução promissora à tensão entre as observações de estrutura a pequena escala e as previsões assumindo o caso padrão de matéria escura fria não colisional (CDM), enquanto se mantêm o sucesso do modelo cosmológico padrão, LambdaCDM, a grandes escalas. A presença de auto-interações fortes podem aumentar a captura e a aniquilação da matéria escura em objetos astrofísicos como o nosso sol, aumentando o potencial de sinais de detecção indireta. Usamos o sinal de neutrinos de alta energia produzidos por essas aniquilações para explorar modelos de SIDM. Estabelecemos fortes vínculos em modelos de SIDM com seção de auto-interação independente da velocidade comparando o sinal de neutrinos esperado com os resultados de busca de matéria escura do IceCube-79. Também, determinamos a sensibilidade dos detectores IceCube-DeepCore e PINGU para modelos de SIDM com uma seção de auto-interação dependente da velocidade (vdSIDM). A maior parte do espaço de parâmetros de interesse pode ser testado com os três anos de dados já coletados pelo IceCube-DeepCore, complementando os resultados de experimentos de detecção direta e outras an análises de detecção indireta.