Les anisotropies du rayonnement fossile de l'Univers (CMB) constituent une des surces d'information les plus prometteuses sur la physique de l'Univers. C'est pourquoi de nombreuses expériences de mesure d'anisotropies se sont développées ces dernières années. Archeops est une expérience ballon de mesure des anisotropies du CMB, fruit d'une collaboration internationale pilotée par le Centre de Recherches sur les Très Basses Températures (CRTBT) du CNRS de Grenoble. Archeops est d'un point de vue technique le précurseur du futur satellite européen Planck. Dans un premier temps, je rappelle les fondements théoriques du modèle standard de la cosmologie. Je présente ensuite les caractéristiques des expériences de mesure des anisotropies du CMB et notamment celles d'Archeops. Dans un deuxième temps, j'expose mes contributions au sein de la collaboration Archeops. Mon travail comporte d'une part une partie instrumentale liée à la reconstruction du pointage, et d'autre part une partie d'analyse de données basée sur le développement d'algorithmes de destriage. Pour finir, je discute de la nature des contraintes sur la masse des neutrinos qui seront susceptibles d'être obtenus avec les données de Planck.

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse étudient la vitesse des neutrinos mesurée par l'expérience OPERA sur le faisceau CNGS au CERN. Divers modèles théoriques de gravité quantique et d'extra-dimensions prévoient des effets importants sur la violation de la conservation de Lorentz qui serait observable par la mesure de la vitesse des neutrinos. L'expérience MINOS a publié en 2007 une mesure de la vitesse des neutrinos muoniques sur une distance de 730 km avec un écart par rapport à celui de la lumière de 126 ns avec une erreur statistique de 32 ns et une erreur systématique de 64 ns. L'expérience OPERA détecte également des neutrinos muoniques ayant parcourut 730 km avec une sensibilité significativement meilleure que MINOS grâce à une statistique plus élevée due à l'énergie plus élevée du faisceau et à le système de synchronisation entre OPERA et le faisceau CNGS beaucoup plus sophistiquée et modifié dans le but de réduire l'erreur systématique. Ce système est composé par des horloges au césium et de récepteurs GPS spéciaux fonctionnant en common view mode. Le tout permet un time transfer entre les deux sites précis à l'ordre de 1 ns. Un système d'échantillonnage à 1 GHz (fast waveform digitizer) capable de reconstruire la distribution temporelle des protons envoyés sur la cible du CNGS a été intégré au système existant de mesure du faisceau CNGS. Le résultat consiste en la mesure de la vitesse des neutrinos produits artificiellement avec la précision la plus élevée jamais atteinte : le temps de vol des neutrinos a été déterminé avec une incertitude statistique d'environ 10 ns et une incertitude systématique plus petite de 20 nanosecondes.

L'expérience T2K, construite au Japon, est une expérience d'oscillations de neutrinos à base longue. Dans cette expérience, les paramètres décrivant ce phénomène quantique, et plus particulièrement l'angle de mélange theta13, sont mesurés en utilisant un faisceau de neutrinos muoniques produit par un accélérateur de particules. Dans cette thèse, des résultats obtenus à partir des données prises pendant la première année de fonctionnement de l'expérience sont présentés. Après avoir présenté la théorie de l'oscillation quantique des neutrinos, et l'expérience en elle-même, nous nous concentrons sur le détecteur proche sur axe de T2K, INGRID. Nous présentons les études de calibration de ce détecteur, qui ont permis de montrer qu'il fonctionnait correctement, et de façon stable dans le temps. Nous présentons ensuite les mesures réalisées sur le faisceau de neutrinos, pour déterminer sa direction et sa forme dans le plan transverse. Le second objet de cette thèse est un nouveau détecteur, le Module Proton, qui fut la première modification ajoutée au détecteur INGRID. Ce nouveau module a vocation à étudier plus précisément les interactions quasi élastiques se produisant sur l'axe du faisceau. Nous présentons les motivations physiques ainsi que les études de conception qui ont mené à sa construction. Dans la dernière partie de cette thèse, nous présentons les premiers résultats obtenus à partir de données prises par ce module, qui donnent une idée des possibilités offertes par ce nouveau détecteur pour étudier le faisceau de neutrinos de l'expérience T2K.

<p>An experimental study of the two-neutrino double-beta (2&nu;&beta;&beta;) decay of <super>150</super>Nd to various excited final states of <super>150</super>Sm was performed at Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL). Such data provide important checks for theoretical models used to predict 0&nu;&beta;&beta; decay half lives.</p> <p>The measurement was performed at the recently established Kimballton Underground Research Facility (KURF) in Ripplemeade, Virginia using the TUNL-ITEP double-beta decay setup. In this setup, two high-purity germanium detectors were operated in coincidence to detect the deexcitation gamma rays of the daughter nucleus. This coincidence technique, along with the location underground, provides a considerable reduction in background in the regions of interest.</p> <p>This study yields the first results from KURF and the first detection of the</p> <p>coincidence gamma rays from the 0<super>+</super>₁ excited state of <super>150</super>Sm. These gamma rays</p> <p>have energies of 334.0 keV and 406.5 keV, and are emitted in coincidence through a 0<super>+</super>₁&rarr;2<super>+</super>₁&rarr;0<super>+</super>_gs transition. The enriched Nd₂O₃ sample obtained from Oak Ridge</p> <p>National Laboratory consists of 40.13 g <super>150</sub>Nd. This sample was observed for 391 days, producing 29 raw events in the region of interest. This count rate gives a half life of T_1/2 = (0.72<super>+0.36</super>_&#8722;0.18 &plusmn; 0.04(syst.)) &times; 10<super>20</super> years, which agrees within error with</p> <p>another recent measurement, in which only the single deexcitation gamma rays were detected (i.e., no coincidence was employed). Lower limits were also obtained for decays to higher excited final states.</p> / Dissertation

Nous étudions la possibilité de détecter des neutrinos de ultra haute énergie (UHE, 10^18+ eV) en utilisant des méthodes d'acoustique sous-marine. Cette étude s'appuie sur des mesures expérimentales et, lorsque ces dernieres font défaut, sur des simulations numériques. L'eau de mer est utilisée comme cible pour des neutrinos d'origine cosmique. L'interaction faible d'une neutrino de haute énergie avec une molécule d'eau conduit à une cascade de particules secondaires résultant en l'émission d'une impulsion ultra-sonore par un mécanisme de conversion thermo-acoustique. Ce mécanisme est peu efficace néanmoins le signal généré possède de bonnes propriétés de propagation. Le bruit ambiant marin, ainsi que le bruit propre des céramiques transductrices utilisées pour la détection, restreint la méthodes aux UHE. Par ailleurs la forte directivité du signal implique que les méthodes de localisation, par détection en coincidence sur des détecteurs multiples, sont peu efficaces. Aux energies extrèmes (10^20+ eV) et pour un détecteur unique nous estimons la limite de sensibilité de cette méthode acoustique de l'ordre de E^2*phi=10^6 GeV*cm^-2*sr^-1*s^-1, pour un flux astrophysique phi en 1/E^2.

Thèse doctorat : Physique des Particules : Strasbourg 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 6 p.

The IceCube Neutrino Observatory has reported the observation of 35 neutrino events above 30 TeV with evidence for an astrophysical neutrino flux using data collected from May 2010 to May 2013. These events provide the first high-energy astrophysical neutrino flux ever observed. The sources of these events are currently unknown. IceCube has looked for correlations between these events and a list of TeV photon sources including a catalog of 36 galactic sources and 42 extragalactic sources, correlations with the galactic plane and center, and spatial and temporal clustering. These searches have shown no significant correlations. The isotropic distribution of the event directions gives indications that the events could be extragalactic in nature and therefore may originate in the same processes that generate ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs). The sources of these UHECRs are still unknown; however, gamma-ray bursts (GRBs) have been proposed as one possible source class. By determining the source of these high-energy neutrinos, it may be possible to determine the sources of UHECRs as well. This study is a search for directional and temporal correlation between 856 GRBs and the astrophysical neutrino flux observed by IceCube. Nearly 10,000 expanding time windows centered on the earliest reported time of the burst were examined. The time windows start at ±10 s and extend to ±15 days. We find no evidence of correlations for these time windows and set an upper limit on the fraction of the astrophysical flux that can be attributed to the observed GRBs as a function of the time window. GRBs can contribute at most 12% of the astrophysical neutrino flux if the neutrino-GRB correlation time is less than ≈20 hours, and no more than 38% of the astrophysical neutrino flux can be attributed to the known GRBs at time scales up to 15 days. We conclude that GRBs observable by satellites are not solely responsible for IceCube’s astrophysical neutrino flux, even if very long correlation time scales are assumed.

The Neutrinos at the Main Injector (NuMI) facility at Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL) produces an intense muon neutrino beam used by the Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS), a neutrino oscillation experiment, and the Main INjector ExpeRiment [nu]-A, (MINER[nu]A), a neutrino interaction experiment. Absolute neutrino cross sections are determined via [mathematical equation], where the numerator is the measured number of neutrino interactions in the MINOS Detector and the denominator is the flux of incident neutrinos. Many past neutrino experiments have measured relative cross sections due to a lack of precise measurements of the incident neutrino flux, normalizing to better established reaction processes, such as quasielastic neutrino-nucleon scattering. But recent measurements of neutrino interactions on nuclear targets have brought to light questions about our understanding of nuclear effects in neutrino interactions. In this thesis the [nu subscript mu] inclusive charged current cross section on iron is measured using the MINOS Detector. The MINOS detector consists of alternating planes of steel and scintillator. The MINOS detector is optimized to measure muons produced in charged current [nu subscript mu] interactions. Along with muons, these interactions produce hadronic showers. The neutrino energy is measured from the total energy the particles deposit in the detector. The incident neutrino flux is measured using the muons produced alongside the neutrinos in meson decay. Three ionization chamber monitors located in the downstream portion of the NuMI beamline are used to measure the muon flux and thereby infer the neutrino flux by relation to the underlying pion and kaon meson flux. This thesis describes the muon flux instrumentation in the NuMI beam, its operation over the two year duration of this measurement, and the techniques used to derive the neutrino flux. / text

Les progrès réalisés dans la maîtrise de la physique et de la détection des neutrinos ouvrent aujourd'hui la porte à la physique appliquée des antineutrinos. Dans cette optique, cette particule a en effet la particularité fondamentale de porter l'information de son lieu d'émission sans perturbation. Comme les neutrinos sont liés aux processus faibles tels que la désintégration nucléaire beta les applications se trouvent dans la surveillance des matières radioactives et des réacteurs nucléaires. Dans ce contexte, le projet Nucifer vise à construire et opérer un détecteur miniature d'antineutrinos de réacteur nucléaire, à installer au maximum à quelques dizaines de mètres d'un réacteur de puissance pour suivre sa puissance thermique et évaluer la quantité de plutonium produite. De plus, une réanalyse récente des mesures précédentes réalisées à proximité de réacteurs ces 40 dernières années montrent un écart significatif entre les taux de détection neutrinos attendus et mesurés. Parmi les hypothèses variées qui permettent d'expliquer cette anomalie se trouve une nouvelle oscillation entre neutrinos, impliquant nécessairement l'existence d'un quatrième neutrino, stérile. Pour mettre en évidence les antineutrinos et mesurer leur énergie, la détection beta inverse dans environ 850 kg de liquide scintillant dopé au gadolinium est utilisée. Toute la difficulté expérimentale provient des bruits de fond, qui peuvent être très importants lorsque le détecteur est installé ) proximité du réacteur ou de la surface. Le détecteur est maintenant intégré sur le réacteur nucléaire de recherche Osiris du CEA, situé à Saclay, et a commencé la prise de données en avril 2012. Malheureusement, une faible longueur d'atténuation du liquide et un niveau de bruit de fond gamma inattendu nous empêchent de distinguer les neutrinos. Nous attendons maintenant le remplacement du liquide et la construction d'un nouveau mur de plomb pour continuer l'étude du suivi du réacteur et pour tester l'hypothèse de neutrino stérile.

This thesis presents an independent analysis of the data from 3-He-filled proportional counters from the third phase of the Sudbury Neutrino Observatory (SNO) data. These counters were deployed in SNO's heavy water to independently detect neutrons produced by the neutral current interaction of 8-B solar neutrinos with deuterium. Previously published results from this phase were based on a spectral analysis of the energy deposited in the proportional counters. The work in this thesis introduces a new observable based on the time-profile of the ionization in the counters. The inclusion of this observable in a maximum-likelihood fit increases the potential to distinguish neutrons from backgrounds which are primarily due to alpha-decays. The combination of this new observable with the energy deposited in the counters results in a more accurate determination of the number of neutrons. The analysis presented in this thesis was limited to one third of the data from the proportional counters, uniformly distributed in time. This limitation was imposed to reconcile different time-lines between the submission of this thesis, a thorough review of this work by the SNO Collaboration and results from an independent analysis that is still underway. Analysis of this reduced data set determined that 398 +/- 29 (stat.) +/- 9 (sys.) neutrons were detected in this reduced data-set. The number compares well to the previous analysis of the data, based only on a spectral analysis of the deposited energy, which determined that 410 +/- 44 (stat.) +/- 9 (sys.) were detected in the same time period. The analysis presented here has led to a substantial increase in the statistical accuracy. Assuming that the statistical accuracy will increase when the full data set is analyzed, the results from this thesis would bring the uncertainty in the 8-B solar neutrino flux to down 6.8% from 8.5% in the previously published results. The work from the thesis is intended to be included in a future analysis of the SNO data and will result in a more accurate measurement of the total flux of solar neutrinos from 8-B as well as reduce the uncertainty in the $\theta_{12}$ neutrino oscillation mixing angle. / Thesis (Ph.D, Physics, Engineering Physics and Astronomy) -- Queen's University, 2009-09-16 15:56:28.195