When modelling the collapse of massive stars leading to supernova explosions and the cooling of neutron stars, understanding the microphysical processes, such as the interaction of neutrinos within a dense medium are of vital importance. The interaction of neutrinos with nucleons (neutrons and protons) is altered by the presence of the medium, compared to the same process with free nucleons. Neutrino scattering and production processes may be characterized in terms of the excitations that are created or destroyed in the nuclear medium. One way to analyse the effects of the medium is by using Landau's theory of normal Fermi liquids. This theory gives simple relationships between physical quantities such as the spin susceptibility or the response to a weak interaction probe in terms of Landau parameters, that are measures of the interaction between quasiparticles. One problem when using Landau Fermi liquid theory for nucleon matter is that the interaction has a tensor component. The tensor interaction does not conserve the total spin and, as a consequence, there are generally contributions to long-wavelength response functions from states that have more than one quasiparticle-quasihole pair in the intermediate state. Such contributions cannot be calculated in terms of Landau parameters alone, since in the usual formulation of Landau theory, only singlepair excitations are considered. In this thesis three problems are addressed. First, we obtain bounds on the contributions from more than one quasiparticle-quasihole pair by using sum-rule arguments. Second, we derive expressions for static response functions allowing for the tensor components of the interaction. We analyse which the most important effects are on the static response of nucleon matter, and find that the major contributions comes from renormalization of coupling constants and transitions to states with more than one quasiparticle-quasihole pair. Third, we show how contributions to the dynamical response coming from states containing two quasiparticle-quasihole pairs may be evaluated in terms of Landau theory if one allows for the effect of collisions in the Landau kinetic equation. We consider the case of asymmetric nuclear matter, and our work goes beyond earlier works in that they contain the effects of collisions in addition to those of the mean field.

This thesis is based on work done in two different experimental projects. The first project, the Tau RICH, is a previously proposed τ-neutrino appearance experiment for the CERN neutrino beam at the Gran Sasso laboratory in Italy. The proposed experimental concept is based on the use of focusing RICH detectors with liquid radiator (C6F14). Simulations made with a Geant4 code show that in the proposed experimental set-up, Cherenkov light from delta electrons will constitute a severe background that in practice would render the experiment unfeasible. The second project, ATLAS, is a general purpose detector at the CERN 14 TeV proton-proton collider LHC which will start operation in 2007. To make the reconstruction and selection of the events in ATLAS more accurate, complete and up-to-date information on the interaction of the produced particles with the detector is needed. A service program code, the Material Integration Service (MIS), has been developed which makes use of the detector descriptions already available in a Geant4 code and which uses a novel algorithm, based on line integrals evaluated within small volume elements that build up the detector. This code is demonstrated to constitute a practically useful tool of satisfactory performance and accuracy. The charged Higgs boson production in the gluon-bottom quark mode, gb → tH±, followed by charged Higgs decays into a chargino and a neutralino, is studied for a specific choice of values for the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) parameters. It is shown, using a Monte Carlo code to simulate the ATLAS detector and the assumed MSSM physics model, that for an integrated luminosity of 300 fb-1, in the intermediate region 4 < tanβ < 10 where H± decays to SM particles cannot be used for H± discovery, charged Higgs decays to non-SM particles can be used for Higgs discovery at the 5 σ significance level.

La série de détecteurs NEMO est conçue pour la recherche de la double désintégration β sans émission de neutrino qui prouverait que le neutrino est une particule de Majorana (i.e. identique à son antiparticule) et massif. Après avoir présenté l'état des lieux en physique des neutrinos et les détecteurs NEMO 3 et SuperNEMO, cette thèse s'articule en deux parties indépendantes. La première concerne l'étude du bruit de fond provenant des neutrons pour optimiser le blindage destiné au premier module de SuperNEMO. La conclusion de cette étude montre que l'ajout de plaques de polyéthylène boré par rapport au blindage de NEMO 3 (de part et d'autre du blindage en fer) permet d'obtenir un bruit de fond négligeable provenant des neutrons, dans la fenêtre en énergie du canal deux électrons où la double désintégration β sans émission de neutrino du sélénium-82 est attendue, en cinq ans de prise de données de ce premier module. La seconde partie, via l'analyse des données du détecteur NEMO 3, permet une indication de la désintégration double β standard du néodyme-150 vers l'état excité 0+1 du samarium-150. La feuille de néodyme qui est placée dans le détecteur est analysée en détail pour obtenir cette indication à 3, 7σ avec une demi-vie mesurée de : T1/2 (150 Nd0+ →0+1 ) = [7, 12 ± 1, 28 (stat.) ± 0, 91 (syst.)] × 10E19 ans

La physique des oscillations de neutrinos occupe une place majeure dans les études s'intéressant à cetteparticule. Le mécanisme des oscillations, basé sur un changement d'état de saveur d'un neutrino durant sapropagation, permet d'élucider les déficits observés de neutrinos solaires et atmosphériques et apporte des indicationsintéressantes de physique au delà du Modèle Standard par l'étude des angles de mélanges et du schéma de masse desneutrinos.OPERA est un détecteur hybride combinant à la fois latechnique d'une détection électronique en temps réel et la technique de la chambre à brouillard à émulsion ou ECC(EmulsionCloud Chamber). Le détecteur ECC est un détecteur massif (cible) composé de 150000 briques dontchacune est constituée de feuilles de plombs, utilisées comme cible, alternées avec des émulsions nucléaires dont laprécision de reconstruction des traces est de l'ordre du micron. Le détecteur comprend également deux spectromètresavec des plaques de fer magnétisé de 5 cm d'épaisseur alternées avec les détecteurs RPC (Resistive Plate Chamber)associés à six ensembles de drift tubes (PT) pour la mesure de la charge et de l'impulsion du muon, et un plan de vetoservant à la rejection des particules extérieures à la cible.

In this thesis a search for electron type neutrino-electron scattering cross-section and Weinberg Angle measurements were performed at KS Nuclear Power Station with 200 kg CsI(Tl) scintillating crystal detector located at a distance of 28 m from the 2.9 GW reactor core giving total flux of 6:52X10^12 cm^-2s^-1 in average at the experimental site. New analysis techniques and background suppression methods were developed. In the region of 3-8 MeV a measurement of SM cross section of (1:235+-0.577) XR_SM and Weinberg Angle of 0:264 +-0.075 which is quite consistent with the SM value of 0.23120(15)were obtained. These are the best results with wold wide level sensitivities at untested low energy region by using reactor anti-neutrinos.

This dissertation describes the approach taken in measuring two neutrino double beta decay of Cd-116 to the ground state of Sn-116 and in searching for the effective Majorana neutrino mass by placing a lower limit on the half-life for neutrinoless double beta decay of Cd-116 using the powerful technique of a combined tracking chamber and calorimeter with the NEMO-3 detector. The description of the detector, its natural background contamination, and the tools used to perform the analysis are discussed. The single electron channel was used to identify source foil contamination from [beta]-emitters and the electron-gamma channel was used to confirm the previous measurements of Tl-208 and Bi-214 contaminations in the source foil. Using these backgrounds, the two neutrino double beta decay half-life of Cd-116 was measured for the single states dominance hypothesis and the higher states dominance hypothesis. The final data set was defined to be data from Phrase One and Phase Two for the medium and low activity regions. Using 1471 days of data, the values of the half-life for the single data dominance hypothesis and the higher states dominance hypothesis were found. / text

Un vaste programme international est en cours pour déterminer les paramètres du phénomène d'oscillation des neutrinos et approfondir la connaissance de la matrice de mélange des neutrinos (MNSP). Le détecteur OPERA, qui est installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie, a pour but principal de mettre en évidence l'apparition de neutrinos de type tau dans un faisceau de neutrinos initialement de type muon, produit au CERN (CNGS) 730 km en amont. Il est aussi en mesure de détecter les oscillations des neutrinos muon en neutrinos électron, donnant accès au paramètre de mélange sin(2θ13)2, où θ13 est le dernier angle de la matrice MNSP finalement déterminé en 2012 conjointement par Daya Bay, RENO et Double Chooz. Pour déterminer la présence des ντ dans le faisceau, le détecteur OPERA est composé de cibles calorimétriques utilisant une alternance de plaques de plomb et de films d'émulsion. Ceux-ci permettront de reconstruire les traces des particules chargées résultant des interactions neutrino avec une précision inégalable (de l'ordre du micron). La recherche des événements de signal d'oscillation νµ → νe sera basée sur l'aptitude à identifier les électrons, à rejeter les événements de fond où un π0 est produit et à soustraire le fond dominant intrinsèque provenant du faisceau. Ce travail de thèse a pour objectif l'élaboration de méthodes d'analyse pour améliorer les performances du détecteur OPERA dans la recherche d'oscillations νµ → νe .

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2008. / Also available in print.

OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) est une expérience sur faisceau de neutrino située dans le Hall C du laboratoire souterrain du Gran Sasso (LNGS), en Italie, à une profondeur équivalente à 3.8 km d'eau (correspondant à une coupure en énergie à 1.5 TeV pour les muons à la surface). L'objectif premier d'OPERA est l'observation directe de l'oscillation νμ ➝ ντ dans le secteur des neutrinos atmosphériques par apparition d'événements ντ à 730km de la cible, dans un faisceau (CNGS) quasiment pur en νμ. OPERA est un détecteur hybride contenant une partie cible (~125 000 briques composées d'une succession de feuilles d'émulsion et de plomb) instrumentée et d'un spectromètre. La prise de données a commencé en 2006 et 55 000 événements neutrinos ont été enregistrés à ce jour. Le premier candidat ντ a été observé cette année. Le travail produit pendant cette thèse est axé suivant trois sujets principaux : la définition de règles de déclenchement du système d'acquisition du trajectographe pour les événements neutrinos du faisceau, la synchronisation des éléments du trajectographe et des plans de RPC ainsi que l'implémentation des résultats dans la simulation et l'étude de la faisabilité d'une analyse des oscillations des neutrinos atmosphériques dans les données hors-faisceau. La modification des règles de déclenchement du trajectographe a permis d'atteindre les valeurs proposées dans le proposal d'OPERA, ie une efficacité de déclenchement supérieure à 99%. Cette évolution a été rendu possible par la mise en place de fenêtres en temps en coïncidence avec le faisceau CNGS pendant lesquelles les coupures sont abaissées, permettant de récupérer les événements de basse multiplicité. Une étude poussée de l'intercalibration des détecteurs électroniques a permis la synchronisation de l'ensemble des informations venant des éléments du trajectographe et des RPC. Les résultats de cette analyse sont maintenant inclus dans la simulation du détecteur. Le travail de calibration a permis de produire une étude sur l'oscillation des neutrinos atmosphériques "hors-faisceau" grace à la détection de particules montantes. Les analyses présentées dans cette thèse ont permis une meilleure compréhension du détecteur d'OPERA et démontré sa capacité à observer des phénomènes ne dépendant pas du faiseau CNGS. Des analyses sur la détection des neutrinos atmosphériques et la caractérisation du flux de muons cosmiques (variations saisonnières entre autres) sont désormais possibles grace à la statistique accumulée et la compréhension plus fine des systèmes d'acquisition. Les corrections sur la propagation des signaux dans les détecteurs électroniques sont aujourd'hui utilisées pour la mesure de la vélocité des neutrinos du faisceau / OPERA (" Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus ") is a neutrino beam experiment located in hall C of the Gran Sasso underground laboratory (LNGS), in Italia, under a equivalent of 3.8 km water (corresponding to a cut at 1.5 TeV for the muons). The first purpose of OPERA is the direct observation of the νμ ➝ ντ oscillation in the atmospheric sector observing an ντ appearance 730 km away from the target in a quasi pure νμ beam (CNGS). OPERA is an hybrid detector with an instrumented target part (~125 000 bricks made with emulsion and lead sheets) and a spectrometer. The data taking have started in 2006 and 55 000 events have been registred. The first ντ candidate have been observed this year. The work done during this thesis is oriented around three main topics : Define the trigger rules of the target tracker acquisition system for beam neutrino events, synchronise target tracker and RPC elements, implement the results inside the simulation and the study of the feasibility of an atmospheric neutrino analysis using off-beam data. The new trigger rules succeeds to reach the values of OPERA proposal, ie a trigger efficiency greater than 99%. This improvement have been done thanks to coincidence time windows with the CNGS beam during which lower cut are applied, allowing low multiplicity events to be kept. A deep study of electronic detectors intercalibration makes possible the target tracker and RPC data synchronisation. The analysis results are now included in the official simulation. This calibration work have been then used for a study of " off-beam " atmospheric neutrino oscillation thanks to the selection of up-going particles. The analysis showed in the thesis have improved the OPERA detector understanding and demonstrate the feasability of an observation of phenomenoms independant from the CNGS beam. Analysis on atmospherics neutrino detection and muons flux caracterisation (seasonal variations for example) are now possible thanks to the accumulated statistics and the deeper understanding of the acquisition systems. Correction on signal propagation inside the electronic detectors are now used for a neutrino velocity measurement

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 978847 bytes, checksum: 3c8166c6c938e9a2ddd388bff2104829 (MD5) Previous issue date: 2010-11-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Studied in this work two mechanisms for generating mass for the neutrinos which are extentions of the SM. The first chapter is a presentation of the Standard Model with its contents and properties. The second chapter discusses an extension with the insertion of the right-handed neutrino component that implies in Dirac s massive particle and a Majorana mass term, which combines with the first term to result in Type I Seesaw. In The third chapter the extension is made by adition of a triplet of scalars that generates to a Majorana mass term for neutrinos leading to Type II Seesaw. In The last chapter we study the effective operator at low energies that generates as a more elegant and short mass for neutrinos associate without which the fundamental theory that leads to that operator. / Estudamos neste trabalho dois mecanismos para geração de massa para neutrinos que são extensões do MP. O segundo capítulo é uma apresentação do Modelo Padrão com seu conteúdo e principais aspectos. No terceiro capítulo abordamos uma extensão com a inserção da componente de mão-direita do neutrino implicando em neutrinos massivos de Dirac, e num termo de massa de Majorana cuja combinação com o primeiro termo resulta no Mecanismo de Seesaw tipo I. No quarto capítulo a extensão é feita pela adição de um tripleto de escalares por SU(2) fornecendo um termo de massa de Majorana para os neutrinos levando ao Mecanismo de Seesaw tipo II. O último capítulo apresentamos o operador efetivo em baixas energias que fornece a massa pequena dos neutrinos sem associar qual a teoria fundamental que leva a este operador.