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Doctoral thesis
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Challenges in modern neutrino physics: searches for time-dependent astrophysical neutrino emission with the IceCube detector and study of resonant neutrino-nucleus interactions with a pion and a proton in final state at T2K near detector

ContributorsBron, Stéphanie
Imprimatur date2022-06-08
Defense date2022-06-08
Abstract

T2K (Tokai to Kamioka) est une expérience d'oscillation de neutrinos située au Japon. Un faisceau de neutrinos muoniques ayant une énergie d'environ 0.6 GeV est produit au moyen d'installations à J-PARC. Ce faisceau est envoyé en direction du détecteur proche installé à 280 mètres du point de production et du détecteur lointain, Super-Kamiokande, à 295 kilomètres de là. Une bonne connaissance des interactions de neutrinos est essentielle afin d'estimer les paramètres d'oscillations de neutrinos avec précision. Les effets nucléaires font partie des facteurs limitants les plus importants. Par exemple, à cause de l'absorption des particules ou des diffusions multiples à l'intérieur du noyau, les interactions de neutrinos à courant chargé avec production d'une résonance sont souvent identifiées par erreur comme des interactions quasi-élastiques. Ceci constitue la plus grande source de contamination dans les mesures de la disparition de neutrinos muoniques et de l'apparition de neutrinos électroniques au niveau du détecteur lointain. Cette thèse présente une sélection d'évènements améliorée qui cible les évènements constitués de muons, de pions de charge positive et de protons dans le détecteur proche. Cette sélection vise à obtenir une meilleure caractérisation des intéractions résonantes et à approfondir notre connaissance des méchanismes nucléaires. La sélection a été effectuée en partant de données récoltées par ND280 et les résultats, ainsi qu'une comparaison entre les données et deux prévisions différentes obtenues grâce à des simulations Monte Carlo, sont présentés. Une brève étude des effets nucléaires et des réinteractions de pions et de protons implémentés dans les simulations Monte Carlo figure également dans cette thèse. IceCube est un détecteur de neutrinos d'un kilomètre cube qui a été construit au pole Sud, sous un épaisse couche de glace. Il est composé de 86 cordes, espacées de 125 m les unes des autres, équipées de détecteurs de lumière. Un flux de neutrinos astrophysiques a été identifié par IceCube pour la première fois en 2013. Dès lors, les efforts se sont tournés vers l'identification des sources responsables de ce flux diffus. On pense que les neutrinos astrophysiques résultent des interactions de rayons cosmiques avec le gaz ou la radiation qui entoure les objects cosmiques. Dans un tel scénario, les rayons gammas et les neutrinos sont produits de pair. Afin de maximiser les chances de trouver une source de neutrinos, on effectue des recherches de corrélations en espace et en temps entre les rayons gammas détectés par des expériences spatiales et les neutrinos détectés par IceCube. De plus, les sources de rayons gammas présentent en général une activité qui varie dans le temps, ce qui produit des éruptions de particules à caractère transitoire. Cette variabilité temporelle peut être exploitée afin d'améliorer la sensibilité de certaines analyses de neutrinos. Dans cette thèse, nous présentons une recherche multi-messagère de neutrinos provenant de la direction du blazar 3C 279 et coïncidant temporellement avec une éruption exceptionnellement lumineuse générée par le blazar durant quelques jours en juin 2015. Une deuxième analyse plus générique, ne se basant sur aucune observation externe, a été réalisée. Aucun excès statistiquement significatif par rapport au bruit de fond attendu n'a été trouvé dans l'une ou l'une ou l'autre des analyses.

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Citation (ISO format)
BRON, Stéphanie. Challenges in modern neutrino physics: searches for time-dependent astrophysical neutrino emission with the IceCube detector and study of resonant neutrino-nucleus interactions with a pion and a proton in final state at T2K near detector. 2022. doi: 10.13097/archive-ouverte/unige:163604
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Thesis
accessLevelPublic
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Technical informations

Creation09/26/2022 8:46:00 AM
First validation09/26/2022 8:46:00 AM
Update time03/16/2023 7:39:14 AM
Status update03/16/2023 7:39:12 AM
Last indexation02/01/2024 8:49:50 AM
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