Recherche des oscillations de neutrinos par apparition du $\nu_\tau$ avec désintégration muonique du $\tau$ dans l'expérience OPERA - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Search of neutrino oscillations by $\nu_\tau$ appeareance with $\tau$ decay in muonic channel in OPERA experiment

Recherche des oscillations de neutrinos par apparition du $\nu_\tau$ avec désintégration muonique du $\tau$ dans l'expérience OPERA

Résumé

The physics of neutrino oscillations plays a major role in the studies on that particle. The oscillations, based on a change of flavor state of a neutrino during its propagation, can explain the deficits observed on solar and atmospheric neutrinos and provide some interesting indications for physics beyond the Standard Model by studying the mixing angles and the hierarchy of neutrino mass. The OPERA experiment is the first experiment designed to observe the appearance of a$\ nu_\tau$ by the oscillation of the $\nu_\mu to\ nu_\tau$ in the CNGS beam from Cern to Gran Sasso. OPERA is a hybrid detector combining both the technique of a on time electronic detection and the technique of emulsion cloud chamber or ECC. The ECC detector is apassive detector (target) of 150 000 bricks, each one consisting of sheets of lead, used as target, alternating with nuclear photographic emulsions whose accuracy of track reconstruction is about one micron. The detector also includes two spectrometers with magnetized iron plates 5 cm thick alternating with RPC (resistive plate chamber) associated with six sets of drift tubes for the measurement of the charge and momentum of the muon. It includes also a Veto plane used for rejection of particles coming outside the target. This detector simultaneously allows a high spatial resolution and a large target mass which are two very conditions necessary for collecting charged current neutrino interactions from oscillated $\nu_\tau$ and observing the decay topology of tau. This thesis presents a study on tau decay in muonic channel. It has contributed to 1) the developpement of an algorithm for the selection of neutrino interactions in the target, 2) the studies on the muon identification in electronic detectors and the connection of its trace with those reconstructed in the emulsions, which represent a fundamental point both for the tau signal identification as the rejection of charmed background, 3) the development of a neural network to discriminate the signal from the charmed background regarless of the muon identification in electronic detectors, 4) the results of tau oscillation search in muonic channel decay, based on a 2008-2009 data, with the reevaluation of signal and background efficiencies.
La physique des oscillations de neutrinos occupe une place majeure dans les études s'intéressant à cette particule. Le mécanisme des oscillations, basé sur un changement d'état de saveur d'un neutrino durant sa propagation, permet d'élucider les déficits observés de neutrinos solaires et atmosphériques et apporte des indications intéressantes de physique au delà du Modèle Standard par l'étude des angles de mélanges et du schéma de masse des neutrinos. L'expérience OPERA est la première expérience conçue pour observer l'apparition d'un $\nu_\tau$ par l'oscillation $\nu_\mu \rightarrow \nu_\tau$ dans le faisceau CNGS allant du CERN vers le Gran Sasso. OPERA est un détecteur hybride combinant à la fois la technique d'une détection électronique en temps réel et la technique de la chambre à brouillard à émulsion ou ECC (EmulsionCloud Chamber). Le détecteur ECC est un détecteur massif (cible) composé de 150000 briques dont chacune est constituée de feuilles de plombs, utilisées comme cible, alternées avec des émulsions nucléaires dont la précision de reconstruction des traces est de l'ordre du micron. Le détecteur comprend également deux spectromètres avec des plaques de fer magnétisé de 5 cm d'épaisseur alternées avec les détecteurs RPC (Resistive Plate Chamber) associés à six ensembles de drift tubes (PT) pour la mesure de la charge et de l'impulsion du muon, et un plan de veto servant à la rejection des particules extérieures à la cible. Cette technique permet en même temps une résolution spatiale très poussée et la réalisation d'une cible très massive (~ kt) qui sont deux conditions nécessaires à l'observation topologique de la désintégration du tau provenant des interactions en courant chargé du $\nu_\tau$ . Cette thèse présente une étude sur la désintégration du tau dans le canal muonique. Elle a contribué 1) au développement d'un algorithme de sélection des interactions de neutrinos dans la cible, 2) aux études sur l'identification du muon dans les détecteurs électroniques et la connexion de sa trace avec celles reconstruites dans les émulsions, qui représentent un point fondamental aussi bien pour l'identification du $\tau$ que pour le reject du fond charmé, 3) au calcul du bruit de fond charmé, 4) au développement d'un réseau de neurones pour discriminer le signal de la particule$\tau$ du fond charmé indépendamment de l'identification du muon dans les détecteurs électroniques, 5) aux résultats de recherche des oscillations dans ce canal sur un sous ensemble de données 2008-2009 avec une réévaluation des efficacités pour le signal du canal tau en muon et les bruits de fond qui lui sont associés.
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ThA_se_Tiem_version_final.pdf (77.12 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00534753 , version 1 (10-11-2010)
tel-00534753 , version 2 (18-07-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00534753 , version 1

Citer

Ngoc Tiem Tran. Recherche des oscillations de neutrinos par apparition du $\nu_\tau$ avec désintégration muonique du $\tau$ dans l'expérience OPERA. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00534753v1⟩
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