Studies of Time Projection Chambers using micro-pattern detectors for the DUNE experiment - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Studies of Time Projection Chambers using micro-pattern detectors for the DUNE experiment

Etudes de Chambres à Projections Temporelles utilisant des détecteurs à micro-structures pour l'expérience DUNE

Résumé

The discovery of neutrino oscillations highlighted that the neutrinos are massive, which is currently not explained by the Standard Model. Future neutrino oscillation experiments will mainly focus on measuring both the neutrino mass hierarchy and discovering a possible CP violation in the lepton sector. The DUNE experiment, which is treated in this thesis, proposes in particular to measure these two parameters. Several technological solutions based on TPCs for the DUNE experiment are discussed in this thesis. The operation of a dual-phase liquid argon TPC prototype, protoDUNE-DP, is described, as well as, the analysis of its data in order to characterize the stability and performances of this technology at a large scale. In addition, the study of a design for the SAND near detector of DUNE, involving resistive MicroMegas TPCs and a highly granular 3D scintillating detector, is studied. The adequation of the TPCs design with the DUNE beam and their impressive performances are demonstrated through numerical simulations. The neutron detection capabilities of the scintillating detector are established, and their beneficial impact on the neutrino energy reconstruction are highlighted.
La découverte des oscillations de neutrinos a permis de mettre en évidence le fait que les neutrinos possèdent une masse, ce qui n'est actuellement pas expliqué par le Modèle Standard. Les futures expériences d'oscillations de neutrinos vont se concentrer principalement sur la mesure de la hiérarchie de masse des neutrinos ainsi que sur la possible découverte de la violation de CP dans le secteur leptonique. L'expérience DUNE qui est traitée dans cette thèse se propose notamment de mesurer ces deux paramètres. Plusieurs solutions technologiques à base de TPCs pour l'expérience DUNE sont discutées dans cette thèse. L'opération d'un prototype de TPC double-phase, protoDUNE-DP, y est décrite ainsi que l'analyse de ses données afin de caractériser la stabilité et les performances de cette nouvelle technologie à grande échelle. En outre, l'étude d'un design pour un détecteur proche de DUNE, SAND, mettant en jeu des TPCs instrumentées avec des MicroMegas résistifs ainsi qu'un détecteur scintillant à haute granularité et à lecture 3D. L'adéquation du design des TPCs avec le faisceau de DUNE y est étudiée ainsi que la caractérisation des performances des TPCs à l'aide de simulations numériques. La capacité de détection des neutrons du détecteur scintillant est démontrée, et son impact positif sur la reconstruction de l'énergie des neutrinos est mise en exergue.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03771338 , version 1 (07-09-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03771338 , version 1

Citer

Pierre Granger. Studies of Time Projection Chambers using micro-pattern detectors for the DUNE experiment. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Université Paris-Saclay, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPASP058⟩. ⟨tel-03771338⟩
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