Blazare sind aktive galaktische Kerne mit relativistischen Plasmajets, deren Symmetrieachse in Richtung Erde zeigt. Sie sind primäre Kandidaten für die Produktion von hochenergetischen Neutrinos. Diese Arbeit umfasst die Suche nach einem kumulativen Neutrinofluss von allen 862 Fermi-LAT 2LAC Blazaren und vier spektral ausgewählten Unterpopulationen. Selektierte Myonspuren aus drei Jahren IceCubedaten werden mit einer ungebinnten "Stacking"-Punktquellenanalyse untersucht. Zwei unterschiedliche Gewichtungen werden benutzt, um den unbekannten relativen Anteil jeder Quelle am Gesamtneutrinofluss der jeweiligen Population zu berücksichtigen. Neun der zehn resultierenden Tests zeigen leichte Überfluktuationen, von denen keine statistisch signifikant ist. Das Ergebnis erlaubt es, den Maximalanteil der 2LAC-Blazare zum kürzlich entdeckten astrophysikalischen TeV-PeV Neutrinofluss auf 23% einzuschränken. Diese Grenze gilt unter der Annahme des momentan favorisierten Spektralindex des astrophysikalischen Neutrinoflusses von -2.5 und bei einem Flavorverhältnis von 1:1:1 bei Erreichen der Erde. Die Ergebnisse erfordern keine rein hadronische Produktion der beobachteten Gammastrahlung und bleiben, bis auf einen Faktor zwei, für moderat härtere Spektren oder für kleinere Unterpopulationen, wie z.b. die GeV-detektierten TeVCat Quellen, gültig. Zusätzlich werden obere Flussgrenzen für generische Spektren, die einem Potenzgesetz folgen, sowie für konkrete spektrale Modelle der diffusen Neutrinoemission von Blazaren, ausgerechnet. 12 von 14 dieser Modelle können eingeschränkt oder ausgeschlossen werden. Wenn die größte Überfluktuation als physikalischer Effekt interpretiert wird, findet man einen weichen Fluss in der 5-10 TeV Region, welcher mit Gammastrahlenbeobachtungen kompatibel ist. Mehr Daten sind bereits verfügbar und erlauben es, dieses Szenario in der nahen Zukunft zu testen. / Blazars are active galactic nuclei with relativistic plasma jets whose symmetry axis is pointing towards Earth. They are a prime source candidate for the production of high-energy neutrinos. This work describes the search for a cumulative neutrino flux from all 862 Fermi-LAT 2LAC blazars and four spectrally defined sub-populations. Selected muon-track events from three years of IceCube data are analyzed with an unbinned likelihood stacking approach. Two different weighting schemes are used to account for the unknown relative flux contributions of each source. Nine of ten tests show slight overfluctuations, none of which are statistically significant. An upper flux limit is calculated constraining the maximal contribution of the 2LAC blazars to the recently discovered diffuse TeV-PeV neutrino flux to be 23% or less assuming the currently favored spectral index for the astrophysical flux of around −2.5 and an equal composition of neutrino flavors arriving at Earth. The results do not require a purely hadronic production of the observed gamma rays and remain valid for moderately harder spectra or smaller sub-populations, e.g. the TeVCat sub-sample, up to a factor of around 2. Additionally, upper limits are calculated for generic power-law spectra and for concrete spectral models of the diffuse neutrino emission of blazar populations. 12 out of 14 of these models are either constrained or excluded. If the largest overfluctuation is interpreted as a physics effect, one finds a soft flux in the 5-10 TeV region that is compatible with gamma-ray observations. Further years of data are already available which makes this scenario testable in the near future. If confirmed, blazars might become the first known extragalactic hadronic acceleration site.

Diese Arbeit präsentiert Ergebnisse einer Suche nach einem diffusen Fluss hochenergetischer, extraterrestrischer Neutrinos. Solch ein Fluss wird von verschiedenen Modellen zur Entstehung kosmischer Strahlung vorhergesagt. In einem Neutrinodetektor wie IceCube stehen im wesentlichen zwei Signaturen zum Nachweis der Neutrinos zur Verfügung: Das spurartige Lichtsignal eines neutrinoinduzierten Myons und das sphärische Lichtmuster eines neutrinoinduzierten Teilchenschauers, hier Kaskade genannt. Gesucht wurden neutrinoinduzierte Kaskaden mit Hilfe des IceCube-Neutrinodetektors. Die Daten stammen aus der Zeit von 2008 mit 367 Tage Messzeit. In dieser Zeit befand sich der Detektor noch im Aufbau und hatte etwa die Hälfte seiner Größe erreicht. Eine Neutrinoflusssuche mittels Kaskaden ist sensitiv auf alle Neutrinoflavors. Da sich die Kaskaden nur über wenige Meter ausdehnen, ist anders als bei den kilometerlangen Myonspuren, eine gute Energierekonstruktion möglich. Dadurch kann der astrophysikalische Neutrinofluss vom atmosphärischen Neutrinountergrund statistisch unterschieden werden. In der Simulation von neutrinoinduzierten Kaskaden wurde bisher nicht berücksichtigt, dass innerhalb einer hadronischen Kaskade auch Myonen erzeugt werden. Dieses kann die Form der Kaskade dahingehend beeiflussen, dass die sphärische Symmetrie abnimmt. Daher wurde der Effekt in dieser Arbeit parametrisiert und der Simulation hinzugefügt. Weiter wurden Schnitte auf die Ereignistopologie und rekonstruierte Energie entwickelt, welche den Untergrund aus atmosphärischen Myonen und atmosphärischen Neutrinos reduzieren. Vier der gemessenen Ereignisse passieren diese Schnitte. Aufgrund der hohen systematischen Fehler ist dieses Ergebnis mit einer Untergrunderwartung von 0.72+/-0.28+1.54-0.49 Ereignissen verträglich. Unter der Annahme eines Flavorverhältnisses von 1:1:1 bestimmt sich daraus die obere Grenze für den Neutrinofluss zu 9.5*10^-8 E^-2 GeV/s/sr^/cm^2. / This thesis presents results of a search for a diffuse flux of high energetic neutrinos from extra-terrestrial origin. Such a flux is predicted by several models of sources of cosmic ray particles. In a neutrino detector, such as IceCube, there are mainly two signatures available for detection of neutrinos: The track-like light signal of a neutrino induced muon and the spherical light pattern of a neutrino induced particle shower, called cascades in this context. The search is based on the measurement of neutrino induced cascades within the IceCube neutrino detector. The data were taken in 2008/2009 with a total uptime of 367 days. At that time the detector was still under construction and had just reached half of its final size. A search for a neutrino flux using cascades is sensitive to all neutrino flavors. A cascade develops within few meters, in contrast to the muon track of several kilometers length. Therefore a good energy reconstruction is possible. With such a reconstruction the astrophysical neutrino flux can be statistically distinguished from the background of atmospheric neutrinos. In the simulation of cascades so far it was not included, that in hadronic cascades muons are produced. This can influence the shape of the cascade, to a less spherical one. Therefore the effect was parameterized in this thesis and included in the simulation. Further cuts on the event topology and reconstructed energy were developed, in order to reduce the background of atmospheric muons and atmospheric neutrinos. Four events from the measured data pass these cuts. Taking the high systematic uncertainties into account, this result is in agreement with the expected background of 0.72+/-0.28+1.54-0.49 events. For an assumed flavor ratio of 1:1:1$ the upper limit for the all flavor neutrino flux is 9.5*10^-8 E^-2 GeV/s/sr/cm2.

Diese Arbeit beschreibt die Messung von Ereignissen mit einem oder mehreren Photonen und fehlender Energie im Endzustand wie sie in Elektron-Positron-Wechselwirkungen entstehen. Mit den Ergebnissen wurde der Wirkungsquerschnitt der Neutrinopaarproduktion gemessen und die Anzahl leichter Neutrinosorten bestimmt. Es wurde nach verschiedenen Prozessen "Neuer Physik" gesucht, bei denen Photonen und fehlende Energie im Endzustand auftreten. Diese Prozesse beinhalten die Erzeugung supersymmetrischer Teilchen, fermiophobischer Higgsbosonen und massiver Gravitonen. Die Analyse wurde mit einem Datensatz durchgefuehrt, der mit dem L3-Detektor am LEP-Beschleuniger bei Schwerpunktsenergien zwischen 130 GeV und 190 GeV aufgezeichnet wurde und der einer Luminositaet von 265 1/pb entspricht. Der Wirkungsquerschnitt der Reaktion Elektron Positron geht nach Neutrino Antineutrino Photon (Photon) mit einer Photonenenergie groesser als 5 GeV und einem Photonstreuwinkel relativ zur Strahlachse groesser als 14 Grad bei einer Schwerpunktsenergie von 189 GeV wurde zu (5.25 +- 0.22 +- 0.07) pb bestimmt. Hieraus wurde der totale Wirkungsquerschnitt fuer Neutrinopaarproduktion extrapoliert mit einem Ergebnis von (58.3 +- 2.7) pb. Die Energiespektren der Photonen wurden benutzt um die Anzahl leichter Neutrinogenerationen zu berechnen. Das Ergebnis lautet 3.05 +- 0.11 +- 0.04, welches sich in guter Uebereinstimmung mit der Hypothese von drei leichten Neutrinoarten befindet und das Standardmodell mit seinen drei Teilchenfamilien untermauert.Da kein Anzeichen neuer Physik festgestellt wurde, konnten obere Grenzen auf Produktionswirkungsquerschnitte neuer Teilchen abgeleitet und die erlaubten Massenbereiche solcher Teilchen unter der Annahme von drei Neutrinosorten eingeschraenkt werden. Falls das Gravitino das leichteste supersymmetrische Teilchen ist und sich die Massen aller anderen SUSY-Teilchen ueber der Produktionsschwelle befinden, koennte Gravitinopaarproduktion der einzige SUSY-Teilchen beinhaltende Prozess bei LEP sein. Aus einer Analyse der Reaktion Elektron Positron geht nach Gravitino Gravitino Photon konnte ein unteres Limit auf die Gravitinomasse von 8.9 mal 10 hoch -6 eV mit 95% Konfidenzniveau auf die Gravitinomasse bestimmt werden. Es wurden sowohl fuer die Produktion von Neutralino Gravitino und Neutralino Neutralino und nachfolgenden Zerfall Neutralino geht nach Gravitino Photon, als auch fuer die Produktion von leichtestem und zweitleichtestem Neutralino bzw. Paarproduktion von zweitleichtestem Neutralino und Zerfall desgleichen nach leichtestem Neutralino und Photon obere Grenzen auf den Wirkungsquerschnitt in Abhaengigkeit der Masse der beteiligten Teilchen gesetzt. Innerhalb von Modellen der durch Eichbosonen vermittelten Supersymmetriebrechung wurde unter der Annahme, dass das leichteste Neutralino das zweitleichteste supersymmetrische Teilchen ist, eine untere Grenze auf die Neutralinomasse von 88.2 GeV mit 95% Konfidenzniveau abgeleitet.Zur Suche nach fermiophobischen Higgsbosonen wurde der Prozess Elektron Positron geht nach Higgs Z geht nach Photon Photon Neutrino Antineutrino analysiert. Es wurden Grenzen auf den Wirkungsquerschnitt und auf das Verzweigungsverhaeltnis des Higgs nach Photonpaaren bestimmt. Eine untere Grenze auf die Higgsmasse von 89.9 GeV mit 95% Konfidenzniveau wurde fuer ein solches Higgsboson ermittelt. Die Suche nach der Erzeugung massiver Gravitonen in Quantengravitationsmodellen mit zusaetzlichen raeumlichen Dimensionen wurde anhand der Reaktion Elektron Positron geht nach Photon Graviton durchgefuehrt. Untere Grenzen auf die Energieskala zwischen 1018 GeV und 349 GeV fuer zwei bis zehn zusaetzliche Dimensionen wurden bestimmt. Deren Groesse wurde auf hoechstens 0.46 mm fuer zwei und auf maximal 8.3 mal 10 hoch -13 mm fuer zehn zusaetzliche Dimensionen begrenzt. / This thesis describes a measurement of single and multi-photon events with missing energy in electron-positron interactions. The results have been used to measure the neutrino pair-production cross section and to determine the number of light neutrino species. A search for various kinds of new physics processes involving photons and missing energy in the final state like the production of supersymmetric particles, a fermiophobic Higgs boson and massive gravitons has been carried out.The analysis has been performed using data collected with the L3 detector at LEP at centre-of-mass energies between 130 GeV and 190 GeV corresponding to a total luminosity of 265 1/pb. The cross section of the process electron positron to neutrino anti-neutrino photon (photon) for a photon energy larger than 5 GeV and a photon scattering angle with respect to the beam axis larger than 14 degrees at a centre-of-mass energy of 189 GeV has been measured to be (5.25+- 0.22 +- 0.07) pb and has been extrapolated to a total cross section for neutrino pair-production yielding (58.3 +- 2.7) pb. The measured photon energy spectra have been used to derive the number of light neutrino species. The combined value determined from all data analysed in this thesis is 3.05 +- 0.11 +- 0.04, which is in good agreement with the hypothesis of three light neutrino types and supports the Standard Model with its three generations of particles.Since no indication for the appearance of new physics processes has been found, upper limits on cross sections of new particle production have been set and lower limits on particle masses have been derived assuming three neutrino generations. If the gravitino is the lightest supersymmetric particle and all other SUSY particles are too heavy to be created at LEP energies, gravitino pair-production could be the only process involving SUSY particles accessible at LEP. From an analysis of the process electron positron to gravitino gravitino photon, a lower limit of 8.9 times 10 to the power -6 eV has been determined at the 95% confidence level. Cross section limits have been set depending on the masses of the particles involved in neutralino gravitino production and neutralino pair-production and neutralino decay to gravitino and photon, and for the production of the lightest and second lightest neutralino and pair-production of the second lightest neutralino and its decay to lightest neutralino and photon. Within the framework of gauge-mediated supersymmetry breaking a lower limit on the neutralino mass of 88.2 GeV at the 95% confidence level has been derived under the assumption that the lightest neutralino is the second lightest supersymmetric particle. Fermiophobic Higgs bosons have been searched for investigating the process electron positron to Higgs Z to photon photon neutrino anti-neutrino. Cross section bounds on this process have been determined depending on the Higgs mass and limits on the branching ratio of the Higgs decaying into photons have been derived. A lower mass limit for such a fermiophobic Higgs boson is set to 89.9 GeV at the 95% confidence level.A search for the production of massive gravitons in quantum gravity models with extra spatial dimensions has been performed investigating the process electron positron to graviton photon. Lower limits on the energy scale ranging from 1018 GeV to 349 GeV have been derived at the 95% confidence level for two to ten extra dimensions. Their size has been limited to at most 0.46 mm and to at most 8.3 times 10 to the power -13 mm for two and ten extra dimensions, respectively.

Um dos problemas mais importantes que precisa ser resolvido, tanto pela física de partículas como pela cosmologia, é a existência de assimetria bariônica. Entre os cenários mais atrativos para a geração dinâmica da assimetria bariônica (Bariogênese) encontra- se a denominada Leptogênese. Nesse cenário, cria-se uma assimetria leptônica que será convertida em assimetria bariônica por processos não perturbativos mediados por sphalerons. Na realização mais simples da Leptogênese, que será estudada nesta dissertação, neutrinos pesados de mão direita, produzidos termicamente, decaem violando CP, gerando um assimetria leptônica nesses decaimentos. O principal atrativo deste cenário é que conecta duas escalas aparentemente diferentes: a escala da geração de assimetria leptônica e a escala das massas e oscilações dos neutrinos ativos mediante o mecanismo de See-Saw. O estudo usual da Leptogênese utiliza equações de Boltzmann para determinar a evolução temporal da assimetria. Porém, a equação de Boltzmann é uma equação semiclássica, dado que envolve, por um lado, uma função clássica no espaço de fases, a função de distribuição, mas, por outro, os termos de colisão envolvem quantidades obtidas na teoria quântica de campos à temperatura nula. Em particular, a formulação de Boltzmann não permite descrever fenômenos quânticos como oscilações coerentes e efeitos de decoêrencia e interferência. Uma descrição quântica completa da evolução da assimetria leptônica na leptogênese deve, de fato, ser obtida no contexto da teoria quântica de campos fora do equilíbrio térmico. O formalismo de Schwinger-Keldysh permite realizar isso. Nesta dissertação descreveremos a leptogênese no formalismo de Schwinger-Keldysh para o caso em que são adicionados ao espectro de partículas do Modelo Padrão três neutrinos de mão direita, sem fazer qualquer suposição sobre a hierarquia de massas. / One of the most important problems that is needed to solve by the Elementary Particle Physics as well as by the Cosmology is the existence of baryonic asymmetry. Among the most attractive scenarios of dynamic generation of baryonic asymmetry (Baryogenesis) is the so-called Leptogenesis. In that scenario, a leptonic asymmetry is treated in such a way that it will be converted in baryonic asymmetry by non-perturbative processes mediated by sphalerons. In the simplest realization of Leptogenesis, that will be studied in this disertation, heavy right-handed neutrinos, produzed thermally, decay violating CP generating a leptonic asymmetry in these decays. The principal attractive of this scenario is that it connects two apparently different scales, the scale of leptonic asymmetry generation and the scale of masses and oscillations of the active neutrinos through the See-Saw mechanism. The usual study of the leptogenesis uses Boltzmann equations in order to determine the temporal evolution of the asymmetry. However, the Boltzmann equation is a semiclassical equations, since, on one side, it is formulated for a classical function in phases space, the distribution function, but, on the other hand, the collision term involves quantities obtained in the Quantum Field Theory at zero temperature. In particular, Boltzmann formulation does not allow to describe quantum phenomena such coherent oscillations and effects of decoherence and interference. Indeed, a proper quantum description of the evolution of the leptonic asymmetry must be obtained in the context of the Non-Equilibrium Quantum Field Theory. The Schwinger-Keldysh formalism allows to perform this. In this dissertation, leptogenesis is described using the Schwinger-Keldysh formalism for the case in which there are three right-handed neutrinos without a definite mass hierarchy.

Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-01T21:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zavanin_EduardoMarcio_D.pdf: 12290577 bytes, checksum: e37b2af24ec03321ad993ebd98fbc0dc (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: O objetivo desse trabalho é estudar um mecanismo alternativo à hipótese de neutrino estéril para a solução das anomalias dos antineutrinos de reatores, da anomalia do Gálio e da anomalia dos aceleradores. Vamos também entender como encaixar esse mecanismo na teoria da física de partículas através de interações não padrão. Além disso, vamos estudar o duplo decaimento beta sem a emissão de neutrinos e colocar vínculos para a massa efetiva de Majorana. Não obstante, vamos entender os limites que o experimento ECHo fornecerá para medidas direta da massa dos neutrinos / Abstract: The objective of this work is the study of an alternative mechanism, that is not the hypothesized sterile neutrino, to solve the reactor anti-neutrino anomaly, the Gallium anomaly and the LSND anomaly. We will also understand how to fit this mechanism in the theory of particle physics through non standard interactions. In addition, we will study the neutrino-less double beta decay and set constraints to the effective Majorana neutrino mass. Furthermore we will understand the limits that the ECHo experiment will provide for direct measurements of the neutrino mass / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 2013/02518-7 / 1189631/2013 / FAPESP / CAPES

Interagissant très peu avec leur environnement, les neutrinos peuvent aujourd'hui être clairement détectés à l'aide d'une technologie largement éprouvée reposant sur l'utilisation de liquide scintillant et de photo-multiplicateurs. Les progrès réalisés ces dernières années permettent de réduire la taille et la complexité des détecteurs et laissent ainsi entrevoir les premières applications à ces particules. Première expérience placée à 7,2 m d'un coeur de réacteur nucléaire, le détecteur Nucifer démontre la possibilité de compter les antineutrinos venant du combustible à cette faible distance induisant un environnement très défavorable en terme de bruits de fond. Dans cette thèse, nous présentons l'analyse ayant permis de rejeter les différents bruits de fond venant du réacteur et de son circuit de désactivation mais aussi des muons atmosphériques. Une prédiction du taux d'antineutrinos avec différentes simulations Monte-Carlo a également été réalisée et se trouve en accord avec le taux mesuré dans la limite des incertitudes statistiques et systématiques. Sur près d'un an de prise de données, nous avons pu suivre l'évolution en puissance du réacteur Osiris. Une étude de sensibilité a montré que la présence de plutonium dans le coeur d'Osiris était détectable à 95 % CL dès que cet isotope contribue à hauteur de 10 % de la masse fissile (1,5 kg dans Osiris). En outre, le détecteur a montré une grande stabilité tout au long de la prise de données prouvant que le contrôle à distance des réacteurs nucléaires est possible. Cette expérience ouvre donc la voie à de nouveaux modes de contrôle des réacteurs nucléaires pour les autorités de sûreté. Dans le cadre des travaux sur les spectres d'antineutrinos émis par les réacteurs nucléaires, un déficit a récemment été mis en évidence dans le taux des antineutrinos mesurés pour les expériences à courte distance des réacteurs. Ce déficit, appelé anomalie réacteur, pourrait trouver son origine dans une nouvelle oscillation à travers un état stérile du neutrino à l'électronvolt. L'expérience Stéréo a pour but de trancher sur l'existence ou non de cette oscillation en se plaçant à 10 m du réacteur nucléaire de l'ILL. En observant une distorsion à la fois en énergie et en distance, le détecteur permettra en effet d'apporter une conclusion solide sur ce phénomène. Nous revenons ici sur le développement du projet et sur les différents choix technologiques réalisés pour améliorer la sensibilité de l'expérience. Une attention particulière est portée sur l'estimation des bruits de fond provenant du réacteur nucléaire ainsi que des expériences voisines utilisant des faisceaux de neutrons. Des mesures expérimentales alliées à des simulations ont permis de quantifier les flux de rayons gammas et de neutrons ainsi que leur direction afin de prévoir les blindages nécessaires. Enfin, nous présentons les performances du prototype correspondant à une cellule du détecteur final. / In spite of a faint interaction with their environment, neutrinos can be now clearly detected thanks to a proven technology based on liquid scintillators and photomultiplier tubes. The advances made these last years allow to reduce the size and the complexity of the detectors and therefore naturally lead to the first applications with these particles. As the first experiment to be placed at 7.2 m of a nuclear core, the Nucifer detector demonstrates the possibility of counting antineutrinos coming from the nuclear fuel at such a short baseline despite the very unfavourable environment in term of the background noises. In this thesis, we present an analysis which rejects the various background noises coming from the reactor and its deactivation circuit but also from the atmospheric muons. A prediction of the antineutrino rate with several Monte-Carlo simulations was also performed and is in good agreement with the measured rate, within statistical and systematic uncertainties. After nearly one year of data taking, we were able to follow the power evolution of the reactor Osiris. A sensibility study showed that the presence of plutonium in the Osiris core was detectable at 95 % CL as soon as this isotope contributes at the level of 10 % of the fissile mass (1,5 kg in Osiris). Besides, the detector was very stable throughout the data taking proving that the remote control of nuclear reactor with a neutrino detector is possible. Thus, this experiment opens the way to new control modes of nuclear reactors by the nuclear safety authorities. As part of the work on the antineutrino spectra emitted by nuclear reactors, a deficit was recently highlighted in the observed antineutrino rate for the experiments at short baseline. This deficit, called the reactor anomaly, could be explain by a new oscillation into a sterile state of the neutrino at the electronvolt scale. The Stereo experiment aims to test the existence of this oscillation by performing measurements 10 m away from the ILL nuclear reactor. By observing a distortion pattern of the energy and distance dependence of the neutrino spectrum, the detector will be able to provide a solid proof of this phenomenon. We present here the project development and the various technological choices that we have done to improve the experiment sensibility. The estimation of the background noise coming from the nuclear reactor as well as the nearby experiments using neutron beams has been performed with on-site measurements and simulations to design the shielding of the detector. Eventually we present the performances of the prototype which corresponds to one cell of the final detector.

Un banc test, composé d’ une cuve à eau et d’ un hodoscope, a été optimisé et utilisé pour la caractérisation des Modules Optiques (OMs) des expériences ANTARES et KM3NeT. La comparaison entre le flux attendu de muons atmosphériques et le flux mesuré a permis l’ estimation de l’ efficacité de l’ hodoscope.Dans un premier temps, des mesures effectuées avec un OM ANTARES ont permis de valider le système d’ acquisition et de caractériser l’ étalonnage temporel du banc test. Un Module Optique Digital (DOM) a ensuite pu être installé dans la cuve pour être testé. De nombreux points cruciaux pour les télescopes sous-marins à neutrino ont été mentionnés et une description détaillée de l’ étalonnage en charge et du réglage du détecteur a été présentée. La dégradation, observée expérimentalement, de l’ efficacité de détection des OMs ANTARES a été confrontée aux résultats obtenus en simulant la formation d’ une couche de sédimentation. L’ impact de différents profils de sédimentation a été étudié et les résultats de l’ analyse Monte Carlo ont été détaillés. Ce travail a permis de rejeter certains profils de sédimentation en désaccord avec les données. / A test bench, comprised of a water tank and a hodoscope, was optimized and operated for the characterization of ANTARES and KM3NeT OpticalModules (OMs). A calculation of the expected atmospheric muon flux and the comparisonto the detected flux is made for the evaluation of the hodoscope efficiency.Measurements were initially made with an ANTARES OM for the evaluation of thetest bench potential and the consequent time correlation analysis. The results wereconsidered satisfying for proceeding to the characterization of a KM3NeT DigitalOM (DOM). This was the first time a DOM was investigated with known muontracks and the analysis lead to original and insightful results. Many key aspectsfor an undersea neutrino telescope are outlined and a detailed description of chargecalibration and the tuning sequence for the ANTARES detector are presented. Theobservation that the OM efficiencies for ANTARES are deteriorating in the courseof time has been compared to simulations of a sedimentation layer on the OMÕsglass sphere. Different profiles for this sedimentation impact are considered and thecombined analysis of monte carlo results with detector data is described. This workpermitted to reject extreme cases of biofouling profiles that are inconsistent withthe data

Diese Arbeit beschreibt die Suche nach hochenergetischen kosmischen Neutrinos mit dem AMANDA-B10 Detektor. Das Antarctic Muon and Neutrinos Detection Array - AMANDA - ist ein Experiment zum Nachweis hochenergetischer Neutrinos. Es besteht aus einem Gitter optischer Detektoren, die in den antarktischen Gletscher eingeschmolzen wurden. Hochenergetische Myonneutrinos können anhand aufwärts laufender Myonspuren identifiziert werden. Nur Neutrinos reagieren ausschließlich durch die schwache Wechselwirkung, was sie zur einzigen Teilchensorte macht, die die ganze Erde durchlaufen kann. Aufwärtslaufende Spuren sind daher eine klare Signatur für neutrinoinduzierte Ereignisse. Die Richtung der Myonen kann anhand des abgestrahlten Cherenkovlichtes rekonstruiert werden. Für Neutrinoenergien oberhalb einiger hundert GeV behält das Myon die Richtung des Neutrinos im wesentlichen bei. Aus der Richtung des Myons kann daher auf die Richtung des Neutrinos geschlossen werden. Das erlaubt die Identifikation von Quellen. Die häufigste Klasse von Untergrundereignissen sind abwärtslaufende Spuren von Myonen, die durch kosmische Strahlen in der Erdatmosphäre erzeugt werden. Damit ist der wichtigste Selektionsparameter der rekonstruierte Zenithwinkel. Ein weitere Klasse von Untergrundereignissen für die Beobachtung kosmische Neutrinos sind aufwärtslaufende Myonspuren von sogenannten atmosphärischen Neutrinos. Das sind Neutrinos, die von der kosmischen Strahlung in der Atmosphäre der Nordhalbkugel erzeugt werden, die Erde durchlaufen und als aufwärtslaufende Spuren die gleiche Signatur haben wie kosmische Neutrinos. Im Falle von Punktquellen ist die Identifikation kosmischer Neutrinos über die Häufung von Neutrinos aus einer bestimmten Richtung möglich. Eine weitere Möglichkeit, kosmische Neutrinos von atmosphärischen Neutrinos zu unterscheiden, ist die Energieverteilung: atmosphärische Neutrinos haben ein Energiespektrum mit einem spektralen Index von ungefähr -3.7, während für kosmische Neutrinos ein Spektrum mit einem spektralen Index von -2 erwartet wird. Die Signatur kosmischer Neutrinos ist daher ein Überschuß von hochenergetischen Ereignissen. Zur Selektion dieser Ereignisse ist ein Energieparameter notwendig. Das Thema dieser Arbeit ist die Suche nach einem diffusen Fluß hochenergetischer kosmischer Neutrinos, als die Überlagerung der Flüsse von vielen, für sich genommen nicht nachweisbaren Quellen. Zum Nachweis der Funktionsfähigkeit des Detektors wurde zuerst die Separation von atmosphärischen Neutrinos mitentwickelt. Die erhaltenen Kandidaten wurden auf einen Überschuß hochenergetischer Neutrinos untersucht. Dazu wurde die Methode zur Energierekonstruktion, die für den Baikal-Detektor entwickelt wurde, an die optischen Eigenschaften von Eis angepaßt. Eine Analyse der Fehlerbeiträge ergab jedoch, daß stochastische Fluktuationen der Energie- und damit Lichtdeposition die Energieauflösung begrenzen. Die Suche nach alternativen energieabhängigen Selektionsparametern ergab die Anzahl der getroffen Kanäle als effektiven Selektionsparameter für hochenergetische Ereignisse. Mit diesem Parameter konnte die Sensitivität des Detektors für hochenergetische Ereignisse abgeschätzt werden. Eine detaillierte Analyse ergab jedoch systematische Abweichungen zwischen Daten und Monte Carlo. Als Konsequenz wurde ein separater Filter für hochenergetische Ereignisse entwickelt. Mit Separationsschnitten auf nur fünf Parameter konnten die Daten auf weniger als ein Prozent reduziert werden. Die abschließenden Schnitte wurden mit einem Optimierungsprogramm entwickelt. Zur Optimierung der Sensitivität wurde eine Vielfalt von Parametern verglichen. Ein Satz besonders hochenergetischer Ereignisse konnte selektiert werden. Die Zahl und Verteilung der Ereignisse ist konsistent mit der Erwartung für atmosphärische Neutrinoereignisse. Ein Überschuß von Ereignissen hoher Energie wurde nicht beobachtet. Nach einem letzten Schnitt auf die Anzahl der getroffenen Kanäle als Energieparameter ließ sich daher eine obere Grenze für den Fluß hochenergetischer kosmischer Neutrinos ableiten. Unter der generischen Annahme eines E_nu^-2-Spektrums ergibt sich eine Grenze für Energien zwischen 5 * 10^3 GeV und 1 * 10^6 GeV von E^2 * (d Phi_(nu + nubar) / dE_nu )_(90% C.L.) / High energy neutrinos are a possible probe for cosmic acceleration mechanisms. Using data taken with the AMANDA-B10 detector in 1997 an upper limit of E^2 (d Phi / dE) < 1.0 * 10^-6 cm^-2 s^-1 sr^-1 GeV on the flux of cosmic neutrinos with energies between 5 TeV and 1 PeV was obtained.

L'objectif principal de l'expérience Borexino est "la détection en temps réel" des neutrinos solaires de la raie du béryllium à 862keV. Outre cette mesure pionnière dans le domaine des neutrinos de basse énergie, Borexino pourra mesurer les neutrinos solaires au-dessus du MeV (neutrinos du 8B et neutrinos pep), les neutrinos de réacteurs nucléaires (d'énergie moyenne d'environ 3 MeV) et les neutrinos de supernovae (dont le spectre en énergie s'étend jusqu'à quelques dizaines de MeV). Le présent travail est consacré principalement à l'étude des neutrinos de réacteurs nucléaires. Ce domaine a été récemment enrichi par les résultats de KamLAND, qui ont grandement amélioré la détermination des paramètres d'oscillations des neutrinos. Dans l'objectif de mesurer ces événements au dessus du MeV, la collaboration Borexino a confié au groupe du PCC, Collège de France, le développement d'un système de numérisation rapide fonctionnant à 400 MHz: les cartes FADC. Elles ont été conçues au laboratoire et nous les avons finalisées au début de l'année 2002. Les premières cartes implantées dans l'électronique d'acquisition de Borexino nous ont permis de contrôler leurs fonctionnements et celui du programme d'acquisition. Elles ont été également installées sur le prototype de Borexino, CTF. Les données correspondantes sont analysées en vue de mettre une limite sur le bruit de fond attendu dans Borexino pour la mesure des neutrinos de réacteurs nucléaires.

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.