京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19219号 / 理博第4111号 / 新制||理||1592(附属図書館) / 32218 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 中家 剛, 教授 谷森 達, 准教授 市川 温子 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24962号 / 理博第4987号 / 新制||理||1712(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 中家 剛, 教授 永江 知文, 教授 田島 治 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

En 1998, l'expérience Super-Kamiokande au Japon, utilisant un détecteur Cherenkov à eau, a mesuré un déficit dans le flux des neutrinos atmosphériques $\nu_{\mu}$ sans observer d'excès dans le flux des $\nu_{e}$. Ce phénomène est expliqué en invoquant les oscillations neutrino, mécanisme qui suppose que le neutrino possède une masse non-nulle. En 1999, l'expérience CHOOZ a totalement exclu les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{e}$ dans le domaine atmosphérique. L'expérience OPERA propose alors de mettre en évidence les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{\tau}$ par apparition du $\nu_{\tau}$ et les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{e}$ par apparition des $\nu_{e}$ à partir d'un faisceau presque pur de neutrinos muoniques. Ce faisceau est produit au CERN (faisceau CNGS), en Suisse, puis dirigé sur le détecteur OPERA situé 732 km plus loin sous la montagne du Gran Sasso, en Italie. Le détecteur est composé de plus de 200 000 briques (soit une masse totale de 1800 tonnes) constituées d'une alternance de feuilles d'émulsions nucléaires et de feuilles de plomb. Cette structure modulaire permet de reconstruire avec une haute résolution spatiale ($\delta$$\theta$$\sim$1 mrad et $\delta$r$\sim$1$\mu$m) la topologie en coude créée par le lepton $\tau$ (issu de l'interaction par courant chargé d'un $\nu_{\tau}$ avec un noyau de plomb) et ses produits de désintégration. <br />Le travail de thèse consiste en la caractérisation des électrons pour l'étude des oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{\tau}$, avec $\tau$$\to$e et les oscillations $\nu_{\mu}$$\to$$\nu_{e}$, le $\nu_{e}$ , interagissant par courant chargé avec un noyau de plomb et produisant un électron. <br />Un algorithme de reconstruction de cascades électromagnétiques se développant dans des émulsions nucléaires a été réalisé. Cet algorithme permet de reproduire les profils transversaux et longitudinaux utiles pour l'évaluation de l'énergie des électrons et leur identification (séparation $\pi$/e) à partir d'un réseau de neurones. La résolution en énergie trouvée vaut $\frac{34.6%}{\sqrt{E(GeV)}}$ et la probabilité d'identification atteint 95$%$. Les premiers résultats semblent indiquer un accord correct entre des données expérimentales issues d'un test en faisceau et des simulations Monte-Carlo.<br />Enfin une étude sur la complémentarité entre les expériences OPERA et T2K a été effectuée pour évaluer leur potentiel de découverte sur le paramètre d'oscillation $\theta_{13}$ et la phase de violation CP $\delta_{CP}$.

The T2K ("Tokai-to-Kamioka") Experiment is a long-baseline neutrino oscillation experiment. A beam of primarily muon neutrinos (in neutrino beam mode) or antineutrinos (in antineutrino beam mode) is produced at the J-PARC ("Japan Proton Accelerator Research Complex") facility. The near detector (ND280), located 280 m from the proton beam target, measures a large event rate of neutrino interactions in the unoscillated beam, while the far detector, Super-Kamiokande, 295 km away, searches for the signatures of neutrino oscillation. This dissertation describes the analyses of data at ND280 and Super-Kamiokande leading to T2K's first results from running in antineutrino beam mode: a measurement of muon antineutrino disappearance. The measured values of the antineutrino oscillation parameters (Normal Hierarchy) are (sin²(θ̅₂₃), |Δm̅²₃₂|) = (0.450, 2.518 x 10ˉ³ eV²/c⁴), with 90% 1D confidence intervals 0.327 < sin²(θ̅₂₃) < 0.692 and 2.03 x 10ˉ³ eV²/c⁴ < |Δm̅²₃₂| < 2.92 x 10ˉ³ eV²/c⁴. These results are consistent with past measurements of these parameters by other experiments, and with T2K's past measurements of muon neutrinos. / Graduate

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.