Depuis la découverte du phénomène d'oscillation des neutrinos par l'expérience Super-Kamiokande et de l'effet de résonance MSW comme solution au déficit de neutrinos solaires, l'étude de la propagation des neutrinos et de leur conversion de saveur dans un contexte astrophysique est un domaine très actif. La présente thèse se focalise sur les phénomènes de conversion de saveur des neutrinos de supernova. Dans un premier travail, nous avons réalisé le premier calcul complet incluant l'onde de choc et l'auto-interaction des neutrinos pour estimer le flux du fond diffus de neutrinos de supernovae (DSNB) arrivant sur Terre. Ce flux de neutrinos provient de toutes les supernovae qui ont explosé dans l'Univers visible. En variant la valeur du troisième angle !13 de la matrice de mélange UMNSP, nos résultats numériques ont montré que l'onde de choc a un impact significatif sur le flux du DSNB. Nous avons par la même occasion proposé un modèle simplifié qui prend en compte les effets de l'onde de choc et qui pourrait être utilisé pour des calculs futurs de flux du DSNB. Le deuxième travail de cette thèse s'est concentré sur la première dérivation analytique exacte de l'Hamiltonien de matière en présence de l'auto-interaction des neutrinos. Nous avons souligné, pour le cas à deux saveurs, le rôle important tenu par la phase de Dirac !& apparaissant dans la base de matière et nous avons établi une condition sur les éléments de l'Hamiltonien de saveur pour le début des oscillations bipolaires. Dans le troisième travail, utilisant le formalisme des vecteurs polarisations, nous avons identifié une correspondance entre les phénomènes de "spectral split" et de résonance magnétique: les énergies pour lesquelles les critères de résonance magnétique sont remplis subissent une conversion de saveur à l'endroit où le "spectral split" a lieu. Une étude préliminaire du cas à trois saveurs nous indique que la correspondance entre le "spectral split" et la résonance magnétique est toujours présente.

Orientador: Orlando Luis Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T00:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pasquini_PedroSimoni_M.pdf: 4615786 bytes, checksum: d94409b2794db9d8be03e41a933166d1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Apesar do grande sucesso alcançado pela teoria do modelo padrão baseada nas simetrias SU&subC;(3)? SU&subL;(2)? U(1), ainda existem alguns desafios a serem conquistados. Uma maneira direta de resolver os problemas é interpretar o modelo padrão (SM) como um modelo efetivo cuja validade chega até uma escala de energia E ¿ ?, na qual ele deixa de ser válido. Suspeita-se de que ? ~ TeV, e poderá ser observada nova física com as análises do Large Hadron Collider (LHC). No sentido de teoria efetiva do SM, é possível explicar a origem da oscilação de neutrinos [2] via mecanismo de Higgs, combinado com o modelo See-saw[1]. Esse mecanismo produz um operador 5-dimensional renormalizável que gera os ângulos de mistura dos neutrinos. Esse trabalho faz um estudo sobre a evolução dos ângulos de mistura dos neutrinos com a energia, via equações do grupo de renormalização. Comparando o modelo padrão com sua possível extensão, o modelo supersimétrico e modelos com uma dimensão espacial extra. A evolução dos ângulos de mistura é bem sutil mesmo para altas energias na ordem de 14TeV, ~ 2:5% para os modelos padrão e supersimétrico, com evolução com a escala na forma logarítmica e, um pouco mais acentuada, ~ 15% para o modelos com dimensões extras, cujo resultado esperado pela dependência quadrática na escala de energia problema. A análise foi feita para alguns valores nos raios das dimensões extras, e foi visto, como o esperado, que quanto menor o raio, menor é a mudança visível a baixas energias. Tais resultados podem ajudar na seleção de modelos, entretanto a variação no ângulo de mistura não é observável fora dos erros experimentais atuais- de medições já realizadas sobre oscilação de neutrinos. A variação entre os modelos é, portanto, leve, de forma que não é possível verifica-la com os dados atuais / Abstract: In spite of the great success reached by the Standard Model (SM) of particle physics, there are some puzzles that seems as a new physics at the ~ TeV scale, such as the origin of neutrino mass and neutrino oscillations. The framework for dealing with those effects are the interpretation of the SM as an effective theory valid at maximum energy E ¿ ?, where ? ~ TeV. In this work we study the evolution of neutrino masses and their mixing angles, which are supposed to be generated via the 5-dimensional Weinberg operator as a consequence of the see-saw mechanism. The studied models are: (1) A minimal extension of the standard model with three heavy steril neutrinos, (2) Minimal Supersymmetric Standar Model, (3) Minimal Unified Extra Dimensions in 5D. We show that the running of the mixing are very sutil in the _rst two models, less then 10% for ?12, and a bit bigger, of order of 10%, also ?12, in a power law growth with energy, as expected by the effectiviness nature of the model. The neutrino mass square diference tend to decrease, but not enough to reach a equality of masses in some energy scale near ~ TeV / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Orlando Luis Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:45:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gaydutschenko_Larissa_M.pdf: 776013 bytes, checksum: dded3e977e716b07101df7cb392a6b94 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O fenômeno de oscilação de neutrinos, já experimentalmente observado, só pode ser explicado se a massa dos neutrinos for diferente de zero. No entanto, até pouco tempo atrás, acreditava-se que neutrinos não tivessem massa. O Modelo Padrão das partículas elementares ainda não é capaz de descrever a natureza massiva dos neutrinos, de forma que as matrizes de mistura para léptons (entre autoestados de gauge e autoestados de massa), análogas às matrizes de mistura de quarks, ainda não podem ser encontradas. Através de uma pequena extensão do Modelo Padrão, é possível descrever uma física que leva em conta essas massas e que, portanto, nos fornece essas matrizes de mistura. Essa extensão trata-se de nada mais que o acréscimo de uma nova partícula ao modelo, um lépton neutro que não interage por força fraca. Essa partícula é chamada de neutrino estéril. Portanto, acrescentando um ou mais neutrinos estéreis ao Modelo Padrão posso obter a matriz de mistura para léptons e, consequentemente, contar o número de parâmetros físicos que ela possui. O interesse em contar esses parâmetros reside no fato de que encontrar o número de fases complexas presentes na matriz de mistura é equivalente a encontrar o número de fases de violação de simetria conjugação de carga e paridade (CP) para léptons. Em 1967, o físico russo Andrei Sakharov propôs uma forma de explicar a assimetria bariônica (matéria-antimatéria) partindo de um estado simétrico. Para isso, algumas condições precisariam ser respeitadas pela física do universo. Uma dessas condições é que exista na natureza uma fonte de violação CP. Procurar essa violação em léptons foi o objetivo deste trabalho. Assim, foi possível obter a matriz de mistura para léptons estendendo o modelo padrão pela adição de um neutrino estéril e levando em conta o caso geral de n famílias de léptons. Uma vez tendo encontrado a matriz de mistura, fizemos a contagem dos parâmetros. Além abranger os cálculos usados para encontrar o número de fases complexas damatriz, a dissertação apresenta uma breve introdução à teoria quântica de campos, a simetrias discretas e ao mecanismo de quebra espontânea de simetria, conceitos necessários para o entendimento do trabalho realizado / Abstract: The neutrino oscillation phenomenum, already experimentally observed, can only be explained if neutrino masses are different from zero. However, till recently, it was believed that neutrinos were massless. The Standard Model of elementary particles is yet not able to describe the massive nature of neutrinos, such that the lepton mixing matrix (between gauge eigenstates and mass eigenstates), analogous to the quark mixing matrix, can still not be found. Through a small extension of the Standard Model, it is possible to describe physics that take into account these masses and, therefore, provides us with these mixing matrices. This extension is nothing but the addition of a new particle, a neutral lepton that does not interact through weak force. This particle is called sterile neutrino. So, by adding one or more sterile neutrinos to the Standard Model, I can get the lepton mixing matrix and consequently count the number of physical parameters that it presents. The interest in counting these parameters resides in the fact that finding the number of complex phases in the mixing matrix is equivalent to finding the number of charge conjugation-parity (CP) violation for leptons. In 1967, the Russian physicist Andrei Sakharov proposed a way to explain the baryonic asymmetry (matter-antimatter) beginning with a symmetric state. For that to work some conditions needed to be respected by the universe physics. One of them is that there must exist in nature a source of CP violation. Looking for that source as the leptonic sector of the particle physics was the goal of this project. And finally it was possible to get the lepton mixing matrix extending the standard model by the addition of one sterile neutrino and taking into account the general case of n lepton families. Once we got the mixing matrix, we counted the physical parameters. Besides presenting all the calculation used for finding the number of complex phases in the matrix, this thesis presents a brief introduction to quantum field theory, discrete symmetries and the spontaneous symmetry breaking mechanism, all of these concepts being necessary for the understanding of the work accomplished / Mestrado / Física / Mestra em Física

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 ns. / The thesis concerns the measurement of the neutrino velocity with the OPERA experiment in the CNGS beam. There are different theoretical models that allow for Lorentz violating effects which can be investigated with measurements on terrestrial neutrino beams. The MINOS experiment published in 2007 a measure on the muon neutrinos over a distance of 730 km finding a deviation with respect to the expected time of flight of 126 ns with a statistical error of 32 ns and a systematic error of 64 ns. The OPERA experiment observes as well muon neutrinos 730 km away from the source, with a sensitivity significantly better than MINOS thanks to the higher number of interactions in the detector due to the higher energy beam and the much more sophisticated timing system explicitly upgraded in view of the neutrino velocity measurement. This system is composed by atomic cesium clocks and GPS receivers operating in “common view mode”. Thanks to this system a time-transfer between the two sites with a precision at the level of 1 ns is possible. Moreover, a Fast Waveform Digitizer was installed along the proton beam line at CERN in order to measure the internal time structure of the proton pulses that are sent to the CNGS target. The result on the neutrino velocity is the most precise measurement so far with terrestrial neutrino beams: the neutrino time of flight was determined with a statistical uncertainty of about 10 ns and a systematic uncertainty smaller than 20 ns.

La mesure récente de l'angle de mélange theta-13, à laquelle l'expérience Double Chooz contribue, a ouvert la voie aux futures expériences de la physique des neutrinos. Dans ce manuscrit, la caractérisation de certains bruits de l'expérience sont décrits. Les muons cosmiques qui s'arrêtent et se désintègrent dans le détecteur sont mal reconstruits, résultant en distorsion de la distribution temporelle des signaux laquelle peut être utilisée pour identifier ce type de fond. Les neutrons rapides créés par spallation par les muons cosmiques produisent de nombreux protons de recul qui peuvent entraîner un décalage dans la distribution temporelle des signaux et ainsi être identifiés. Ces distributions temporelles ont aussi été utilisées pour identifier la formation de l'état d'orthopositronium en observant et en mesurant un délai entre l'ionisation du positron et l'annihilation de celui-ci, pouvant permettre une séparation positron-électron. / The measurement of the theta-13 mixing angle, to which the Double Chooz experiment contributed, paves the way to future findings in neutrino physics. In this manuscript, we describe the characterization of some Double Chooz backgrounds. Cosmic muons that stop and decay in the detector are characterized by anisotropic emission of the scintillation light, causing the vertex to be poorly reconstructed. The resulting pulse shape distortion can be used to tag and remove such background. Fast spallation neutrons producing multiple recoil protons may produce a similar distortion in the pulse shape and can also be tagged. Pulse shapes are also used to identify the formation of ortho-positronium. The tagging of such electron-positron bound state is made possible by the induced distortion in the pulse shape due to the delay in the positron annihilation, and can be used for an electron-positron separation.

Le cadre global des oscillations de neutrinos est maintenant bien compris et nous quittons une ère d'exploration pour une ère de précision. L'expérience Double Chooz a pour but de mesurer l'angle de mélange theta13 par l'étude des oscillations des antineutrinos électroniques produits par les réacteurs de la centrale nucléaire de Chooz. Dans cette thèse, une sélection préliminaire des neutrinos détectés dans le détecteur proche est présentée. Les résultats les plus récents de Double Chooz, desquels sont extraits la mesure de theta13 la plus précise que l'expérience peut fournir à ce jour, seront également discutés. La géométrie de l'expérience, relativement simple, représente un avantage considérable afin d'effecteur des études de directionalité des neutrinos dont les résultats, obtenus en analysant les jeux de données les plus récents avec captures sur Gd et H, sont présentés. Ce concept de directionalité peut être appliqué à l'astronomie/astrophysique en offrant la possibilité de localiser des supernovas après détection de leurs neutrinos. Les résultats de simulations de directionalité effectuées avec différentes combinaisons de détecteurs seront présentées. Enfin, plusieurs anomalies pourraient s'expliquer par l'existence de nouveaux états, stériles, de neutrinos. Le but de l¿expérience CeSOX est de confirmer ou réfuter cette hypothèse en déployant une source radioactive à coté d'un grand détecteur comme KamLAND ou Borexino. Dans cette thèse seront présentés les résultats des simulations de signaux et de bruits de fond effectuées afin de valider le principe de l'expérience et de s'assurer de sa sensibilité à l'observation d'une oscillation vers un neutrino stérile. / The framework of neutrino oscillations is quite well-understood and now requires precision rather than exploration. The Double Chooz experiment aims at measuring the theta13 mixing angle through the oscillations of electronic antineutrinos produced by the reactors of the Chooz nuclear power plant. The comparison of the interaction rates and spectral shapes in the two Double Chooz's detectors allows the observation of a disappearance and a spectral distortion, both driven by theta13. In this thesis, a preliminary neutrino selection with the near detector, whose data taking started in December 2014, has been performed. The most recent results of Double Chooz, providing the most precise measurement of the experiment, are presented as well.The simple layout of Double Chooz is a strong advantage to conduct directionality studies. Results of these studies using the most recent neutrino candidates with neutron captures on Gd and H are showed. Neutrino directionality can be applied to astronomy, with the localization of core-collapse supernovae. To this purpose, results of directionality measurements performed with combinations of large neutrino detectors over the globe are presented.Finally, recent anomalies observed in short baseline experiments provided hints of the hypothetical existence of additional sterile neutrino states. The goal of the CeLAND/CeSOX experiment is to test this hypothesis by deploying a radioactive source next to a large liquid scintillator detector such as KamLAND or Borexino. In this thesis, are presented results of signal and background simulations performed to validate the design and assess the sensitivity of such an experiment.

Orientador: Pedro Cunha de Holanda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-31T06:55:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sato_EduardoAkio_M.pdf: 2319995 bytes, checksum: fc82384c799d5812bf14a71fe2723e2d (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Nesta dissertação analiso como uma classe de modelos sugeridos para acomodar neutrinos massivos no modelo padrão, os assim chamados mecanismos seesaw, podem também resolver o problema de assimetria bariônica no universo. Os requisitos mínimos para uma geração dinâmica bem sucedida de assimetria bariônica, conhecidos como condições de Sakharov, são: não conservação de número bariônico, violação de simetria CP e ausência de equilíbrio térmico. Para mostrar que mecanismos seesaw respeitam estas regras, reviso alguns tópicos como: a violação de número bariônico através do processo de sphalerons, a teoria de violação de CP através de invariantes de base fraca e a mecânica estatística de não equilíbrio através da equação de Boltzmann. Como exemplo considero um cenário de mecanismo seesaw tipo I (3+3) com massas de neutrinos estéreis altamente hierárquicas. A assimetria observada impõe um limite inferior na massa dos neutrinos estéreis ($M_1 \geq 8.4 \times 10^{8} \; \text{GeV}$) e um limite superior na massa dos neutrinos ativos ($m_1 < 0.11 \; \text{eV}$), consistente com limites previamente obtidos na literatura / Abstract: In this dissertation I analyse how a class of models suggested to accommodate massive neutrinos in the standard model, the so-called seesaw mechanisms, can also solve the baryon asymmetry of the universe problem. The minimal requisites to a successful dynamical generation of baryon asymmetry, known as Sakharov's conditions, are: Non-conservation of baryon number, violation of CP symmetry and absence of thermal equilibrium. To show that seesaw mechanisms respect those rules, I review some topics such as: the standard model baryon non-conservation via sphalerons process, the theory of CP violation via weak-basis invariants and non-equilibrium statistical physics via Boltzmann equation. As a example I consider a type I (3+3) seesaw mechanism scenario with highly hierarchical sterile neutrino masses and the observed asymmetry impose a lower bound in the sterile neutrino masses ($M_1 \geq 8.4 \times 10^{8} \; \text{GeV}$) and a upper bound in the active neutrino masses ($m_1 < 0.11 \; \text{eV}$), consistent with limits previously obtained in the literature / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1370441/2014 / CAPES

Le Modèle Standard de la physique des particules décrit les interactions des particules sub-atomiques à travers les interactions fortes, faibles et électromagnétiques.Toutefois, il est clair que cette théorie ne constitue pas une description complète de la Nature. Mais le fait expérimental que les neutrinos changent de saveur au cours de leur propagation(oscillation des neutrinos) implique qu'ils ont une masse non nulle. Le travail de cette thèse se concentre sur l'expérience d'oscillation T2K : une expérience à longue ligne de base installée au Japon. % qui est détaillés dans le Chapitre 2. Pour la première fois T2K a pu observer l'apparition de neutrinos de saveur électronique dans le faisceau principalement composé de neutrinos muoniques etobtenir les premières contraintes sur la violation de la symétrie Charge-Parité. Il permet également de mesurer précisément les paramètres d'oscillations θ₁₃ , θ₂ ₃ et Δm²₂ ₃ .Cela nécessite une excellente compréhension du détecteur et des modèles d'interactions des neutrinos. Cette thèse se concentre sur ces deux objectifs : réduire les systématiques liées audétecteur et approfondir nos connaissances sur l'interaction des neutrinos avec la matière.Le groupe CEA, dans lequel je suis impliqué, est responsable de la maintenance et de l'opération des Chambres à Projections Temporelles (TPC) du détecteur proche (ND280).Elles permettent l'identification des particules chargées produites par l'interaction des neutrinos dans le detecteur et la mesure de leur impulsion.Une partie de mon travail a consisté en l'étude des TPCs et en particulier de l'alignement des modules MicroMegas installés sur les plans de lecture. En effet tout défaut d'alignement entre différents modules peut causer un biais sur la mesure del'impulsion des particules traversant la TPC. Les neutrinos sont étudiés grâce à l'observation de l'état final de leur interaction avec la matière. Les modèles d'interactions doivent alors être parfaitement bien compris,car les expériences d'oscillation présentes et futures approchent d'une phase où notre connnaissance des interactionsdes neutrinos devient un facteur limitant pour la détermination des paramètres d'oscillations. L'interaction quasi élastique par courant chargé (CCQE) est le processus dominant pour T2K. Ce manuscrit décrit la mesure durapport des sections efficaces d'interaction des neutrinos sur les noyaux de Carbone et d'Oxygène. Cette mesure contribue à la réduction des incertitudes pour l'analyse d'oscillation, liéesà l'utilisation d'une différente cible pour le détecteur proche et le détecteur lointain. / The Standard Model of particle physics describes the interactions of subatomic particles through the strong, weak and electromagneticinteractions. However, it is known that this theory is not a complete description of the nature. Indeed the observation that neutrinos can change their flavor alongtheir propagation path (neutrino oscillation) proves that they actually have a mass. The work of this thesis has been performed in the T2K oscillation experiment: a long baseline experiment located in Japan. % detailed in Chapter ref{sec_t2k_res}.Using the data collected so far, T2K has been able to observe for the first time the $nu_{mu} rightarrow nu_e$ appearance and to give first results on the Charge-Paritysimmetry in neutrino oscillation. It provides also precise measurements of the oscillation parameters θ₁₃ , θ₂ ₃, Δm²₂ ₃.The precise measurement of oscillation parameters requires a good understanding of the detector and of the neutrino interaction model. This thesis is thus focused on boththese aspects: reduce the detector uncertainties and improve our knowledge of neutrino interactions with matter.The CEA Saclay group where I am involved, is in charge of the maintenance and operation of the Time Projection Chambers (TPCs) of the T2K near detector (ND280)which are used to identify and measure the kinematics of the charged particles produced in neutrino interactions.Part of my work was focused on the study of the TPC and in particular on the alignment of the MicroMegas modules instrumenting their readout planes.Indeed, misalignments between modules may cause a bias on the momentum measurement of the particles crossing the TPC.Neutrinos are studied through the observation of the final state of their interactions with matter. Therefore, the interactionmodels need to be extremely well understood to infer the neutrino properties correctly.Indeed current and next future oscillation experiments are approaching the phase of precise measurements of the mixing parameters becominglimited by our knowledge of neutrino interactions.The charged current quasi-elastic (CCQE) interaction is the most relevant process at T2K.This manuscript describes the measurement of CCQE cross-section ratio between oxygen and carbon nuclei. It can contribute to reduce the uncertainties on the oscillation analysis arisingfrom the different target between the near and far detector.

L’anomalie des antineutrinos de réacteurs (RAA) a été révélée en 2011 suite à une réévaluation de la prédiction des spectres associés. Elle indique un déficit de 6% dans les taux mesurés auprès de réacteurs. Une explication consiste en l’introduction d’un neutrino stérile à l’eV, ne se manifestant que par le mécanisme d’oscillations. L’expérience STEREO a été conçue pour explorer l’espace des paramètres d’oscillations indiqués par la RAA, en plaçant une cible segmentée à 10 m du cœur quasiment pur en uranium 235 de l’ILL, à Grenoble. Les antineutrinos sont détectés par désintégration bêta inverse (IBD) dans du liquide scintillant dopé au gadolinium. Si elle existe, une oscillation se développerait alors le long des six cellules identiques de la cible. La comparaison relative de leurs spectres d’antineutrinos en énergie permet de tester l’hypothèse d’une oscillation en s’affranchissant des prédictions et avec des incertitudes systématiques réduites. Les forts rendements lumineux des liquides permettent d’atteindre de bonnes résolutions en énergie, nécessaires pour la sensibilité de la mesure. Les cellules sont séparées optiquement par des plaques hautement réfléchissantes; cette technologie a été validée sur cellule prototype dans un premier temps lors de cette thèse. Un modèle effectif pour ces parois optiques a été inclus à la simulation, et les détails de la géométrie ont été implémentés. La deuxième partie de ce travail est orientée vers l’analyse des données. La signature de l’IBD est un signal en deux temps, requérant un algorithme de recherche de paires pour extraire les candidats antineutrino. Le programme dédié est optimisé pour l’application de sélections d’isolations temporelles, permettant de se débarrasser de la majeure partie du bruit de fond d’origine cosmique. Le bruit de fond corrélé résiduel dans la région d’intérêt provient de désintégrations de muons et de réactions induites par des neutrons. Une modélisation des figures de discrimination en forme des signaux (PSD) de ce bruit de fond est employée pour extraire le signal antineutrino. Basée sur les spectres qui en résultent, les premières analyses d’oscillations de STEREO rejettent le meilleur ajustement de la RAA à 98% de niveau de confiance. / The Reactor Antineutrino Anomaly (RAA) was highlighted in 2011, when a reevaluated prediction of reactor antineutrinos spectra showed a 6% deficit in the rates observed by previous reactor experiments. A possible explanation for this anomaly consists in introducing a sterile neutrino state at the eV mass scale, participating to the neutrino oscillations mecanism only. The STEREO experiment has been designed to probe the phase-space region indicated by the RAA, by placing a segmented antineutrino target at 10m from the virtually pure uranium 235 compact core of the ILL research reactor facility, in Grenoble. Antineutrinos are detected via inverse beta decay (IBD) in gadolinium-doped liquid scintillator. An oscillation pattern - if any - would develop along the six identical target cells. The relative comparison of their energy distributions allows to test the sterile neutrino hypothesis with reduced systematic uncertainties and without referring to an external prediction. High light yields of the liquids enable to reach good energy resolutions, needed for the sensibility of the measurement. Cells are optically separated thanks to highly reflective plates; this technology has been validated on a prototype cell in the first stage of this thesis. An effective model of these walls has been included in the simulation, and details of the geometry have been carefully implemented. The second part of this work focuses on data analysis. The IBD signature is a two-fold signal, requiring a proper pair search algorithm for extracting the antineutrinos candidates. The dedicated software is optimized to apply specific temporal isolation selections, which allow to get rid of the majority of the background produced by cosmic events. The residual correlated background in the region of interest comes from muon decays and neutron induced reactions. A modelisation of the Pulse Shape Discrimination (PSD) distributions of this background is used to extract the antineutrino signal. Based on the resulting spectra, the first STEREO oscillation analysis rejects the RAA best fit point at 98% of confidence level.

Gammastrahlenblitze (Gamma-Ray Bursts, GRBs) gehören zu den energiereichsten transienten Ereignissen im Universum und werden als mögliche Quellen von ultra-hochenergetischen kosmischen Strahlen (Ultra-High-Energy Cosmic Rays, UHECRs) gehandelt. Eine eindeutige Bestätigung durch UHECR-Messungen ist jedoch schwierig, da die Richtungsinformation der kosmischen Strahlen während ihrer Ausbreitung aufgrund von Ablenkung durch Magnetfelder teilweise verloren geht. In dieser Dissertation folgen wir einem alternativen multi-messenger Ansatz in welchem die Anwesenheit von kosmischen Strahlen in einem astrophysikalischen Objekt durch Neutrino- oder Photon-Signaturen angezeigt wird. Hierfür simulieren wir GRBs im Internal-Schock-Szenario, welches verschiedene Emissionszonen entlang des astrophysikalischen Jets erfasst, und berechnen nukleare Wechselwirkungen mit modernsten numerischen Codes. In diesem Rahmen diskutieren wir unter welchen Voraussetzungen die Quellklasse von GRBs UHECR-Daten beschreiben kann ohne Neutrinolimits. Letzere begründen sich im Mangel an gemessenen hoch-energetischen (High-Energy, HE) Neutrinos, die mit bekannten GRBs assoziert werden konnten. Die Neutrinolimits können alternativ in Objekten niedriger Leuchtkraft eingehalten werden, die typischerweise eine niedrige Neutrinoproduktionseffizienz haben. Wir präsentieren leptonische Strahlungsmodellierungen für die Unterklasse von GRBs niedriger Leuchktraft mit einem Fokus auf sehr hoch-energetischer (Very-High-Energy, VHE) Emission welche von aktuellen/zukünfitgen Instrumenten beobachtet werden könnte und bestimmen wir die maximalen Energien verschiedener Atomkerne. Die Präsenz von Hadronen kann alternativ durch Signaturen in verschiedenen Wellenlängen des Photonspektrums angezeigt werden. Wir erforschen diesen Ansatz in lepto-hadronischen Modellen für GRBs mit hoher Leuchtkraft, wobei wir kritisch diskutieren, welche Bedingungen erfüllt sein müssen damit typische GRB-Spektren reproduziert werden können. / Gamma-Ray Bursts (GRBs) are among the most energetic transients in the Universe and candidate sources of Ultra-High-Energy Cosmic Rays (UHECRs). A clear confirmation from UHECR measurements is however challenging, as the directional information of cosmic rays is partially lost due to deflection by (inter-)galactic magnetic fields. In this dissertation we follow an alternative multi-messenger approach, in which the presence of UHECRs in an astrophysical object is indicated by neutrino or photon signatures produced in nuclear interactions. For this, we simulate GRBs in the multi-zone internal shock model, which accounts for different emission zones along the astrophysical jet and calculate nuclear interactions with state-of-the-art numerical codes. In this framework we discuss under which conditions the population of GRBs can still account for UHECR measurements while obeying current neutrino limits that stem from the lack of detected High-Energy (HE) neutrinos which could be associated with known GRBs. These neutrino limits may alternatively be met in low-luminosity objects, which typically have low neutrino production efficiency. We present leptonic radiation models of the sub-class of low-luminosity GRBs, with a focus on Very-High-Energy (VHE) emission potentially observable by current/future instruments. Connecting to UHECRs, we determine maximal energies of different cosmic-ray nuclei. The presence of nuclei may also be indicated by multi-wavelength signatures in the photon spectrum. We explore this approach in lepto-hadronic models of high-luminosity bursts, where we also critically review the conditions necessary to reproduce typical GRB spectra within our model.