Les supernovas gravitationnelles sont un sujet d'étude passionnant, aussi bien par la diversité et la richesse de la physique mise en jeu que par l'émerveillement que peut exercer l'apparition d'un nouvel objet brillant dans le ciel. Les supernovas incitent les chercheurs aussi bien que les profanes au rêve et à l'imagination. Cette thèse traite des simulations numériques des supernovas gravitationnelles, et en particulier du problème du transport des neutrinos. Les neutrinos jouent un rôle crucial dans le chauffage et le refroidissement de la matière, et donc dans l'explosion d'une supernova. Leur implémentation numérique est difficile, à cause des connaissances très détaillées nécessaires pour le traitement des interactions, mais surtout à cause de la très grande exigence en temps de calcul des équations à résoudre. Après une première partie sur le contexte physique dans lequel se trouvent les supernovas gravitationnelles actuellement, je fais le point sur leur traitement numérique, avec un accent sur les méthodes numériques présentes dans le code que j'ai utilisé tout au long de ma thèse, le code CoCoNuT. Pour le traitement des neutrinos, deux pistes sont proposées. La troisième partie de cette thèse propose de fortement simplifier le traitement des neutrinos. C'est ce qui est fait dans l'implémentation du schéma de fuite, que j'ai pu par la suite utiliser pour étudier la formation de trous noirs. Dans cette optique, je montre l'influence de l'ajout de particules exotiques (pions et hypérons) sur la formation du trou noir. La présence de pions ou d'hypérons déclenche l'effondrement plus vite que dans les simulations où leur présence n'est pas prise en compte. De plus, les hypérons présentent une transition de phase, intéressante à étudier, par exemple pour la contrepartie en ondes gravitationnelles. La deuxième piste proposée pour le traitement des neutrinos est la résolution de l'équation de Boltzmann en relativité générale. La dérivation de cette équation dans le cadre de la relativité générale, et plus précisément en formalisme 3+1, fait l'objet de la quatrième partie de cette thèse. Enfin, la cinquième partie de cette thèse introduit un nouveau code de résolution numérique de l'équation de Boltzmann. Je montre d'une part les méthodes utilisées, et d'autre part des tests numériques, qui valident le bon fonctionnement du code.

La Collaboration ANTARES exploite actuellement un détecteur sous-marin Cherenkov d édi é a l'astronomie neutrino de haute énergie. Le but principal de cette expérience est de d détecter les sources cosmiques de neutrinos, a n de r ev eler les sites de production des rayons cosmiques. Parmi les sources candidates gurent celles o u a lieu l'acc el eration de ces rayons cosmiques dans les jets relativistes, comme les noyaux actifs de galaxie, les sursauts gamma et les microquasars. Les microquasars sont des syst émes stellaires binaires form es par un objet compact accr étant la mati ere d'une étoile compagnon. Ce transfert de masse est responsable de l' emission de rayons X, tandis que les forces magn etiques du plasma d'accr étion peuvent causer la cr éation de jets relativistes qui sont observ es par des t télescopes radio grâce au rayonnement synchrotron non thermique émis par les particules charg ées acc el er ees dans ces jets. Dans certains syst emes, la corr élation entre les courbes de lumi ere des rayons X et les courbes radio indique une interaction forte entre accr etion et ejection. Certains microquasars emettent egalement des rayons gamma de haute et tr es haute energie (jusqu' a quelques dizaines de TeV). Dans ce travail de th ese, une recherche d' émission de neutrinos provenant de microquasars a ét é conduite avec une approche multi-messager (photon/neutrino). Les données des satellites RXTE/ASM et SWIFT/BAT, ainsi que du t elescope gamma FERMI/LAT ont et e etudi ées a n de s sélectionner les périodes dans lesquelles se produisent les jets relativistes. La restriction de l'analyse des neutrinos aux phases d' éjection permet de r réduire drastiquement le bruit de fond de neutrinos et de muons atmosph èriques et ainsi d'augmenter les chances de d écouverte d'une source cosmique de neutrinos. Les recherches ont et e effectué a partir des donn ées ANTARES obtenues entre 2007 et 2010. Une analyse statistique a et e faite en utilisant une m ethode \unbinned" bas ee sur le test du rapport de vraisemblance. Les coupures de s élection des év enements ont et e optimisés a partir de simulations Monte Carlo a n de maximiser les chances de ddécouverte. Comme aucun signal de neutrinos n'a et e observé en corrélation avec ces microquasars, des limites sup erieures sur les ux de neutrinos produits dans ces microquasars ont et e calcul ées et confront ées avec des modèles de production de neutrino dans ces objets.

L'expérience T2K est une expérience de recherche d'oscillation de saveur de neutrinos utilisant une base longue et la technique du faisceau hors axe. Dans T2K, un faisceau de neutrino est produit dans l'accélérateur J-PARC à Tokai, et est détecté auprès du détecteur Super Kamiokande (SK) à Kamioka, qui se situe à 295 km de Tokai. Cet accélérateur produit un faisceau très pur de nu_mu. Au cours de la propagation des neutrinos entre leur point de production et SK, ils peuvent changer de saveur. C'est ce phénomène que l'on appelle oscillation de saveur des neutrinos. L'objectif principal de T2K est de mesurer certains paramètres décrivant l'oscillation de saveur des neutrinos, et plus particulièrement les paramètres theta13 et deltaCP. Cette estimation est réalisée via la mesure de la probabilité d'oscillation nu_mu -> nu_e, par la recherche d'apparition de nu_e. En 2011, l'expérience T2K a été la première à observer l'apparition de nu_e et a ainsi pu exclure, à 2.5 sigma, une valeur nulle de theta13. Cette thèse présente le travail réalisé pour estimer l'erreur systématique de l'efficacité de reconstruction du bruit de fond pi0. Celui-ci est l'une des principales sources d'erreur affectant la recherche d'apparition de nu_e par la détection d'événements quasi-élastique à courant chargé à SK. Deux méthodes différentes et complémentaires ont été développées. Dans un premier temps, nous avons commencé le développement d'un nouvel outil qui reproduit partiellement la topologie des événements physiques, et en parallèle, nous avons crée un échantillon spécifique pour estimer l'incertitude systématique de l'efficacité de reconstruction des événements pi0. Ce dernier résultat a été utilisé dans l'analyse officielle d'apparition de nu_e publiée en 2011. Le nouvel échantillon produit sera également utilisé dans les futures analyses d'oscillation. En tenant compte de la valeur récemment mesurée de theta13 par des expériences faites auprès de réacteur, nous présentons dans cette thèse la première étude de la phase de violation CP dans le secteur leptonique (deltaCP) en utilisant les données nu_e de T2K.

L'un des problèmes les plus intéressants de la physique moderne est celui de la matière noire de l'Univers, qui reste de nature insaisissable. L'existence de la matière noire est inférée par des preuves indirectes telles que les mesures des courbes de rotation des galaxies, des dispersions de vitesse des galaxies dans les amas galactiques et les effets de lentille gravitationnelle. Ces observations fournissent des preuves sur l'existence d'une matière invisible dominant notre Univers. Il n'existe cependant aucune indication claire sur sa nature. Les observations actuelles en font le constituant dominant de l'Univers, par opposition à la matière baryonique "normale". Deux solutions sont proposées pour résoudre ce mystère. La première est basée sur une modification de la loi de la gravité comme dans la dynamique newtonienne modifiée qui pourrait expliquer les divergences entre prédictions et observations de la dynamique des masses dans l'Univers. L'autre idée consiste à proposer l'existence d'une nouvelle particule massive qui n'interagit pas avec la lumière (appelée WIMP pour "Weakly Interactive Massive Particle"), mais pouvant influencer la matière lumineuse par gravité. Plusieurs théories proposent l'existence de telles nouvelles particules. La plus célèbre de ces théories est la supersymétrie, qui est une extension du Modèle Standard de la Physique des Particules. Si l'un des partenaires supersymétriques des bosons neutres est une particule stable et le plus léger de tous les superpartenaires, il devient alors un candidat idéal pour la matière noire. La supersymétrie est en général le cadre le plus favorable pour l'existence de la matière noire.

This work presents several works related to the impact of neutrinos in cosmology. We study the impact on the Cosmic Microwave Background of several neutrino-related parameters (mass, abundance, neutrino-antineutrino asymmetry, non-thermal distorsions, non-standard couplings with other species, mass and abundance of additional sterile neutrinos). We present new numerical methods for computing these effects efficiently. We use current data to derive several new bounds on these parameters, and finally, we study the sensitivity of future cosmological experiments to these quantities.

The CNO cycle consists of a set of nuclear reactions that convert hydrogen into helium and releases energy in stars. The cycle contributes less than 1% to our Sun's luminosity, but it is responsible for detectable neutrino fluxes that can bring direct information of the physical conditions in the solar core, provided that the nuclear reaction rate is known with sufficient precision. The 14N(p,γ)15O is the slowest reaction in the CNO cycle and estabilishes its rate. The experimental study has been performed both at the LUNA 400 kV accelerator deep underground in the Gran Sasso mountain in Italy and at a 3 MV Tandetron in the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. A proton beam was sent on solid TiN targets and the prompt photons were collected by a composite HPGe detector (at LUNA) or by up to four HPGe detectors (Dresden). The obtained results improve the fit of the excitation function in the R-matrix framework, that is used to extrapolate the S-factor at the very low astrophysical energies. In addition, the strength of two resonances at Ep = 430 and 897 keV of the 15N(p,αγ)12C reaction were measured, improving the precision for hydrogen depth profiling.

Thesis (Ph.D.); Submitted to Univ. of California, Berkeley, CA (US); 1 Jun 2003. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "LBNL--54350" Scielzo, Nicholas David. USDOE Director. Office of Science. Nuclear Physics (US) 06/01/2003. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

Ένα από τα μεγαλύτερα θεωρητικά κατασκευάσματα της φυσικής είναι αυτό της σκοτεινής ύλης. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αναλύονται οι λόγοι για τους οποίους πιστεύουμε στην ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, τα σωματίδια και γενικά τα αντικείμενα που μπορεί να την απαρτίζουν, η σκοτεινή ενέργεια και οι μορφές της και τέλος εναλλακτικές προτάσεις. / One of the most important theoretical creations of physics is dark matter. In this master thesis we describe the reasons we believe in the existence of dark matter, the particles and the objects that consists dark matter, dark energy and finally alternative theories.

Orientador: Juan Carlos Montero Garcia / Banca: Alex Gomes Dias / Banca: João dos Anjos / Banca: Marcelo Moraes Guzzo / Banca: Rogério Rosenfeld / Resumo: Nesta tese, partículas tais como áxions, Májorons e neutrinos são consideradas em duas extensões eletrofracas do modelo padrão da física de partículas. Especificamente, os modelos considerados estão baseados nas simetrias de gauge SU(3)L ⊗ U(1)X eSU(2)L ⊗U(1)Y⊗U(1)B−L. Primeiramente, no contexto do modelo 3-3-1 com um sector escalar mínimo é realizado um estudo detalhado referente à implementção da simetria de Peccei-Quinn (PQ) para resolver o problema CP forte. Para a versão original do modelo, que possui apenas dois tripletos escalares, é mostrado que a Lagrangiana total é invariante sobre uma simetria PQ. No entanto, o áxion não é produzido porque um sub-grupo permanece sem quebrar. Embora, neste caso, o problema CP forte possa ser resolvido, a solução é amplamente desfavorecida porque três quarks não têm massa em todas as ordens da teoria de perturbação. A adição de um terceiro tripleto escalar resolve o problema dos quarks sem massa, mas o áxion que aparece é visível. Para fazer o modelo realístico teremos que modificá-lo. É mostrado que a adição de um singleto escalar junto com uma simetria de gauge discreta ZN é capaz de levar a cabo esta tarefa e proteger o áxion de efeitos da gravidade quântica. Para ter segurançaa que a simetria de gauge discreta que protege o áxion é livre de anomalias, é usada uma versão discreta do mecanismo de Green-Schwarz. A seguir, é considerado um modelo eletrofraco baseado na simetria de gauge SU(2)L ⊗U(1)Y⊗U(1)B−L, no qual temos neutrinos de mão direita com números quânticos exóticos e diferentes. Devido a esta particular caraterística, é possível termos de massa e de Yukawa para os neutrinos, com campos escalares que podem adquirir valores esperados do vácuo (VEVs) pertencendo a escalas de energia... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this doctoral thesis axions, Majorons and neutrinos are considered into different electro weak extensions of the standar dmodel of the particle physics. Specifically, the two models considered are based on theSU(3)L ⊗U(1)X andSU(2)L⊗U(1)Y⊗ U(1)B−Lgaugesymmetries. Firstly, in the framework of a 3-3-1 model with a minimal scalar sector a detailed study concerning the implementation of the PQ symmetry in order to solve the strong CP problem is made. For the original version of the model, with only two scalar triplets, it is shown that the entire Lagrangian is invariant under a PQ-like symmetry but no axion is produced since aU(1) subgroup remains unbroken. Although in this case the strong CP problem can still be solved, the solution is largely disfavored since three quark states are left massless to all orders in perturbation theory. The addition of a third scalar triplet removes the massless quark states but the resulting axion is visible. In order to become realistic the model must be extended to account for massive quarks and invisible axion. It is shown that the addition of a scalar singlet together with aZN discrete gauge symmetry can successfully accomplish these tasks and protect the axion field against quantum gravitational effects. To make sure that the protecting discrete gauge symmetry is anomaly free, a discrete version of th eGreen-Schwarz mechanism is used. Secondly, an electroweak model based on the gauge symmetrySU(2)L ⊗U(1)Y⊗ U(1)B−L which has right-handed neutrinos with different quantum numbers is considered. Because of this particular feature it is possible to write Yukawa terms, and neutrino mass terms, with scalar fields that can develop VEVs belonging to different energy scales. A detailed study of the scalar and the Yukawa neutrino sectors is made to show that this model is compatible with... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neutrino telescopes are a new way of looking at the Universe. For more than a decade these structures are being designed to study the Universe from a new point of view, that is, from the particles generated in the cosmic accelerators of particles. These infrastructures are not only useful to study the Universe, but they can also be used in the field of Particle Physics and even in the study of underwater life. Most of these telescopes are based on the detection of the so-called Cherenkov light using photomultipliers, the difference between them lies in the medium in which they are located (ice or water) and in the infrastructure used. Specifically, European telescopes mount these photomultipliers in an underwater vertical structure anchored at great depth, which is under the influence of sea currents. For this reason they suffer displacements that affect the location of the photomultipliers and it becomes necessary to implement a positioning system for the telescope to be functional. For this, an acoustic system consisting of emitters anchored to the sea floor and receivers located at the different levels of the vertical structure is used. One of the objectives of the present thesis is the development of these acoustic emitters. For this purpose we have developed different laboratory prototypes with different features until obtaining an improved prototype that was installed and tested in ANTARES and NEMO telescopes. This showed that the prototype worked perfectly within the established requirements and then, we proceed to design a final version of the much more powerful and functional emitter, acoustic beacon, to be mounted inside aluminum vessels together with an omnidirectional acoustic transducer, which will be located in anchored positions of the new KM3NeT neutrino telescope. In collaboration with the MSM Company, 18 acoustic beacons were developed for KM3NeT-ARCA being two of them installed in the first marine campaign at the end of 2015, and being able then to verify their correct operation. On the other hand, interaction of ultraenergetic neutrinos with matter also produces a thermoacoustic pulse with bipolar form, axial symmetry and highly directive. The feasibility of the acoustic detection technique and the possibility of implementing it in these telescopes have been under study for years. In order to test and calibrate this technique, it is necessary to have an acoustic emitter system able of generating a signal similar to the neutrino signature. This has been the second objective developed in this thesis. To achieve this objective, a compact and versatile calibrator based on an array of acoustic transducers using parametric generation has been designed. Given the complexity of the pulse to emulate and the novelty of the technique to be used, it has been necessary to carry out different laboratory tests in order to obtain suitable transducers and electronics able of making them to work at the required power and efficiency. The positive results obtained in this line suggest that we will be able to obtain a full functional neutrino acoustic calibrator soon. Finally, I would like to mention that I have participated in the different research and activities described in the thesis, putting especial emphasis in the development of the electronics and the software/firmware of the developed acoustic emitters. / Los telescopios de neutrinos son una nueva forma de observar el Universo. Desde hace más de una década se están diseñando este tipo de estructuras con el propósito de estudiar el Universo desde un nuevo punto de vista, el de las partículas que se generan en los aceleradores de partículas cósmicos. Estas infraestructuras no solo se limitan al estudio del Universo, sino que también pueden ser utilizadas en el campo de la Física de partículas e incluso en el estudio de la vida submarina. La mayoría de estos telescopios se basan en la detección de la llamada luz de Cherenkov mediante fotomultiplicadores, la diferencia entre ellos radica en el medio en que se ubican (hielo o agua) y en la infraestructura utilizada. Concretamente, los telescopios europeos montan dichos fotomultiplicadores en una estructura vertical submarina anclada a gran profundidad, la cual está sometida a la influencia de las corrientes marinas. Por este motivo sufren desplazamientos que afectan a la localización de los fotomultiplicadores y se hace necesaria la implementación de un sistema de posicionamiento para que el telescopio sea funcional. Para ello se utiliza un sistema acústico consistente en unos emisores anclados al suelo marino y unos receptores situados en los diferentes niveles de la estructura vertical. Uno de los objetivos de la presente tesis es el desarrollo de estos emisores acústicos. Con este fin se han desarrollado diferentes prototipos de laboratorio con los que se han ido escalando prestaciones hasta obtener un prototipo que ha sido instalado y testeado en los telescopios ANTARES y NEMO. Así se demostró que el prototipo funcionaba perfectamente dentro de los requisitos establecidos, pasándose a diseñar una versión final del emisor acústico mucho más potente y funcional para ser montada dentro de vasijas de aluminio junto con un traductor omnidireccional en las anclas del nuevo telescopio de neutrinos KM3NeT. Conjuntamente con la empresa MSM se elaboraron 18 equipos para KM3NeT-ARCA, dos de los cuales fueron instalados en la primera campaña marina a finales de 2015 comprobándose su correcto funcionamiento. Por otro lado, la interacción de los neutrinos ultraenergéticos con la materia también produce un pulso termoacústico con forma bipolar, simetría axial y altamente directivo. Desde hace años se está estudiando la viabilidad de la técnica de detección acústica y la posibilidad de implementarla en dichos telescopios. Para poder poner a prueba y calibrar dicha técnica es necesario disponer de un sistema emisor acústico que sea capaz de generar una señal similar a la descrita. Este ha sido el segundo objetivo desarrollado en esta tesis. Para ello se ha diseñado un calibrador compacto y versátil basado en un array de transductores acústicos usando generación paramétrica. Dada la complejidad del pulso a emular y lo novedoso de la técnica a utilizar, se ha requerido la realización de numerosas pruebas de laboratorio con el fin de conseguir unos transductores adecuados y la electrónica capaz de hacerlos funcionar a la potencia y eficiencia requerida. Los positivos resultados obtenidos en esta línea hacen prever que, en breve, podremos obtener un calibrador acústico de neutrinos funcional. Finalmente, cabe reseñar que he participado en las diferentes investigaciones y actividades que se describen en la tesis, siendo mi cometido principal el desarrollo tanto de la electrónica como de los diferentes softwares/firmwares implicados en los emisores acústicos desarrollados. / Els telescopis de neutrins són una nova forma d'observar l'Univers. Des de fa més d'una dècada s'estan dissenyant aquest tipus d'estructures amb el propòsit d'estudiar l'Univers des d'un nou punt de vista, el de les partícules que es generen en els acceleradors de partícules còsmics. Estes infraestructures no sols es limiten a l'estudi de l'Univers, sinó que també poden ser utilitzades en el camp de la Física de partícules i fins i tot en l'estudi de la vida submarina. La majoria d'aquests telescopis es basen en la detecció de l'anomenada llum de Cherenkov per mitjà de fotomultiplicadors, la diferència entre ells radica en el mig en què s'ubiquen (gel o aigua) i en la infraestructura utilitzada. Concretament, els telescopis europeus munten dits fotomultiplicadors en una estructura vertical submarina ancorada a gran profunditat, la qual està sotmesa a la influència dels corrents marins. Per este motiu pateixen desplaçaments que afecten a la localització dels fotomultiplicadors i es fa necessària la implementació d'un sistema de posicionament per a què el telescopi siga funcional. Per a això s'utilitza un sistema acústic consistent en uns emissors ancorats al sòl marí i uns receptors situats en els diferents nivells de l'estructura vertical. Un dels objectius de la present tesi és el desenvolupament d'aquests emissors acústics. Amb este fi s'han desenvolupat diferents prototips de laboratori amb els quals s'han anat escalant prestacions fins a obtindre un prototip que ha sigut instal·lat i testeat en els telescopis ANTARES i NEMO. Així es va demostrar que el prototip funcionava perfectament dins dels requisits establerts, passant-se a dissenyar una versió final de l'emissor acústic molt més potent i funcional per a ser muntada dins d'atuells d'alumini junt amb un traductor omnidireccional en les àncores del nou telescopi de neutrins KM3NeT. Conjuntament amb l'empresa MSM es van elaborar 18 equips per a KM3NeT-ARCA, dos dels quals van ser instal·lats en la primera campanya marina a finals de 2015 comprovant-se el seu correcte funcionament. D'altra banda, la interacció dels neutrins ultraenergètics amb la matèria també produeix un pols termoacústic amb forma bipolar, simetria axial i altament directiu. Des de fa anys s'està estudiant la viabilitat de la tècnica de detecció acústica i la possibilitat d'implementar-la en els esmentats telescopis. Per a poder posar a prova i calibrar esta tècnica és necessari disposar d'un sistema emissor acústic que siga capaç de generar un senyal semblant al descrit. Aquest ha sigut el segon objectiu desenvolupat en aquesta tesi. Per a això s'ha dissenyat un calibrador compacte i versàtil basat en un array de transductores acústics utilitzant generació paramètrica. Donada la complexitat del pols a emular i la novetat de la tècnica a utilitzar, s'ha requerit la realització de nombroses proves de laboratori a fi d'aconseguir uns transductors adequats i l'electrònica capaç de fer-los funcionar a la potència i eficiència requerida. Els positius resultats obtinguts en esta línia fan preveure que, en breu, podrem obtindre un calibrador acústic de neutrins funcional. Finalment, cal ressenyar que he participat en les diferents investigacions i activitats que es descriuen en la tesi, sent la meua comesa principal el desenvolupament tant de l'electrònica com dels diferents softwares/firmwares implicats en els emissors acústics desenvolupats. / Llorens Alvarez, CD. (2017). Diseño y desarrollo de la electrónica de los emisores acústicos para los sistemas de posicionamiento y calibración de telescopios submarinos de neutrinos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/88401 / TESIS