Depuis qu'on a acquis la certitude que la masse du neutrino est non nulle, la théorie est en plein bouleversement, voulant comprendre l'origine de la masse, ses effets sur l'origine de l'Univers et le rôle possible des neutrinos dans les phénomènes non élucidés comme la baryogénèse. Ce travail constitue une revue des progrès récents dans ce domaine. On y présente un panorama de la situation expérimentale et théorique. Différents mécanismes pouvant expliquer l'origine de la masse des neutrinos sont considérés : masses engendrées par corrections radiatives, dimensions supplémentaires et théories grand-unifiées.

Les neutrinos atmosphériques sont produits lors d'interactions de particules cosmiques sur les noyaux de l'atmosphère terrestre. La détection de ces neutrinos sur Terre est effectuée pour une bonne part au moyen de grands détecteurs Cerenkov à eau. Les résultats de plusieurs générations de tels détecteurs ont permis de mettre en évidence un déficit entre le nombre de neutrinos atmosphériques de type muonique détectés et les prévisions théoriques. Ceci se traduit par un rapport entre les neutrinos de type muonique et les neutrinos de type électronique inférieur aux calculs théoriques (jusqu'à un facteur 2) et constitue l'anomalie des neutrinos atmosphériques. Cette anomalie pourrait se rapprocher de celle que de nombreuses expériences ont relevée dans la détection des neutrinos solaires. Si tel était le cas, des interprétations en terme d'oscillations de neutrinos sur le trajet séparant leurs lieux de production et de détection se révèleraient adéquates. Ces phénomènes d'oscillations supposent l'existence de neutrino(s) massif(s) et nécessitent donc l'introduction de mécanismes théoriques dépassant le cadre du Modèle Standard minimal. Le but de ce travail est d'évaluer les effets de la physique nucléaire dans les interactions entre les neutrinos et les noyaux d'oxygène des détecteurs Cerenkov à eau. Les produits de ces interactions, s'ils sont émis au-dessus du seuil Cerenkov, sont détectés et identifiés au moyen de l'anneau de lumière Cerenkov qu'ils génèrent. Les événements sont ensuite classés suivant le nombre d'anneaux engendrés. Il est donc indispensable de calculer les taux d'événements neutrino-oxygène dans chaque canal de réaction exclusif. L'interprétation des résultats expérimentaux est en général menée dans le canal quasi-élastique et celui de la résonance Delta. Au-delà de cette approximation, il existe d'autres canaux de réactions, sans pion dans l'état final notamment, qui viennent fausser l'analyse et qu'il faut évaluer convenablement. Pour atteindre ces différents objectifs nous utilisons le formalisme des réponses nucléaires. Nous adoptons une démarche semi-classique permettant d'inclure de manière économique la nature corrélée du milieu nucléaire par des méthodes de type RPA. Les résultats que nous avons obtenus montrent que l'inclusion des corrélations nucléaires modifie de manière importante les sections efficaces et les taux d'interaction absolus neutrino-oxygène dans le canal inclusif et dans les canaux exclusifs et que le rapport des taux d'interaction mu/e reste peu affecté par ces effets nucléaires. L'analyse des canaux partiels a permis de plus de démontrer que le nombre d'événements ayant un pion dans l'état final est nettement surestimé dans les simulations actuelles. En conclusion ce travail a permis de mettre en évidence l'importance de l'effet des corrélations dans l'interaction neutrino-oxygène et son impact sur l'anomalie des neutrinos atmosphériques. Il dépasse le cadre d'approximations couramment utilisé dans ce domaine et peut en outre être étendu à différents noyaux-cibles, tels que le fer, déjà utilisé dans des expériences antérieures. Ceci en fait un outil intéressant et prédictif pour les futures expériences de détection des neutrinos, basées sur des détecteurs utilisant différents types de cibles.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2000. / Vita. Includes bibliographical references (p. 120-123).

The Sudbury Neutrino Observatory has previously shown that ⁸B solar neutrinos undergo flavor transformation between the Sun and the Earth. This work presents a joint analysis of one-third of the pure D₂O and salt phase data sets with an electron energy threshold of 3.5 MeV. A measurement of the neutral current interaction rate, sensitive to all neutrino flavors, gives a total ⁸B flux of 4.79 ± 0.22 (stat) ± 0.13(syst) × 10⁶ cm⁻²s⁻¹. This is in agreement with the prediction of the Standard Solar Model. For the first time we obtain the v[sunscript e] survival probability separately for downward-going (day) and upward-going (night) solar neutrinos. No significant distortion is observed day or night for ⁸B neutrinos with energies greater than 6 MeV. The lack of distortion, but overall suppression of electron neutrinos relative to the total flux, is consistent with matter-induced neutrino transformation in the Sun and the large mixing angle solution. / text

MINOS is a long-baseline two-detector neutrino oscillation experiment that uses a high intensity muon neutrino beam to investigate the phenomena of neutrino oscillations. The neutrino beam is produced by the NuMI facility at Fermilab, Batavia, Illinois, and is observed at near and far detectors placed 734 km apart. The neutrino interactions in the near detector are used to measure the initial muon neutrino flux. The vast majority of neutrinos travel through the near detector and Earth matter without interactions. A fraction of muon neutrinos oscillate into other flavors resulting in the disappearance of muon neutrinos at the far detector. This thesis presents a measurement of the muon neutrino oscillation parameters in the framework of the two-neutrino oscillation hypothesis. / text

Not available / text

In this thesis I present research in neutrino physics utilizing tools from both atomic physics and astrophysics. Recent advances in atomic physics enable a new type of beta decay experiment to measure the absolute mass scale of the neutrino using a sample of ultracold atomic tritium. These initial conditions enable the detection of the helium ion in coincidence with the beta. I construct a two-dimensional fit incorporating both the shape of the beta spectrum and the direct reconstruction of the neutrino mass peak. I present simulation results of the feasible limits on the neutrino mass achievable in this new type of tritium beta decay experiment. The same advances in atomic physics that enable the creation of an atomic source for tritium beta decay also suggest a new method of achieving large-scale isotope separation. Multiple experiments that are investigating the absolute mass scale of the neutrino through neutrinoless double beta decay could benefit from this new technique, which applies generally to many elements, including the double beta emitter Nd-150 that is particularly difficult to separate in large quantities. The method is based on an irreversible change of the mass-to-magnetic moment ratio of a particular isotope in a supersonic atomic beam, followed by a magnetic multipole whose gradients deflect and guide the atoms. I present numerical simulations of isotope separation for a range of examples and demonstrate that large-scale isotope separation should be possible using ordinary inexpensive magnets and the existing technologies of supersonic beams and lasers. Additionally I report results from a search for low-multiplicity neutrino bursts in the Sudbury Neutrino Observatory (SNO). Such bursts could indicate detection of a nearby core-collapse supernova explosion. The data were taken from November 1999 to May 2001 when the detector was filled with heavy water (Phase I), as well as data from July 2001 to August 2003 when NaCl was added to the detector (Phase II). The search was a blind analysis in which the potential backgrounds were estimated and analysis cuts were developed to eliminate such backgrounds with 90% confidence before the data were examined. The search maintained a greater than 50% detection probability for standard supernovae occurring at a distance of up to 60 kpc for Phase I and up to 70 kpc for Phase II. No low-multiplicity bursts were observed during the data-taking period. / text

published_or_final_version / Physics / Master / Master of Philosophy

The document describes a search for the rare decay B¯ → K¯vv̄ in a data set of about 230 millions of BB̄ pairs recorded by the BABAR detector at the PEP-II B Factory, via the process e⁺e⁻ → ϒ(4S) → BB̄. The method used selects events in which the B+ meson is fully reconstructed, and looks for a K¯ in the rest of the event. This is accomplished by applying kinematical and topological restrictions that select B¯ → K¯vv̄ events with the largest possible efficiency, while rejecting a maximum amount of background events. The number of background events is estimated from data and from simulated events, while the value of the selection efficiency relies solely on the simulation of B¯ → K¯vv̄ decays in the BABAR detector. These two numbers are required in order to set an upper limit on the branching ratio. We analyze a subset of the data sample and provide an interpretation of the result.

Principles of beam dump experiments are reviewed and the 1982 beam dump at CERN using the Big European Bubble Chamber is described in detail. Neutrino events have been detected using both the bubble chamber and its associated electronic detectors. Prompt event rates are established for V_μ , Ṽ_μ , V_e and Ṽ_e . The prompt rates are consistent with lepton universality. The charm production cross-section required to explain the prompt electron-(anti)neutrino signal is approximately 16-105/μb per nucleon, assuming linear dependence of this cross-section on nucleon number. This range of values reflects the fact that we have not been able to find a model which is consistent with all aspects of the data. The neutral to charged current ratio for electron-neutrinos is found to be 0.23 ±0.16. The expected number of tau-neutrino events is estimated and kinematic and visual searches for tau-neutrino interactions are described. One visually detected candidate is described in detail. No positive evidence for a tau-neutrino interaction has been found. From the ratio of neutral to charged current events in the data we infer that no more than 4% of the prompt charged current events and 40% of the total prompt signal may be attributed to tau-neutrinos at 90% CL.