Neutrino oscillations and earth tomography with KM3NeT-ORCA

• Main Author: Bourret, Simon
• Other Authors: Sorbonne Paris Cité, Van Elewyck, Véronique, Kaminski, Édouard
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2018
• Subjects: Oscillations de saveur; Neutrino atmosphérique; Matière; Terre; Masse; Hiérarchie de masse des neutrinos; Oscillations Flavour; Neutrino atmospheric; Matter; Earth; Mass; Neutrino mass hierarchy; Orca
• Online Access: http://www.theses.fr/2018USPCC247/document

Les oscillations de saveur des neutrinos, découvertes au tournant du 21ème siècle, constituent à ce jour le signe le plus direct de physique au-delà du Modèle Standard. La collaboration KM3NeT a commencé la construction d'un détecteur à effet Tcherenkov de neutrinos au fond de la mer Méditerranée: ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss). Le but principal d'ORCA sera la détermination de la hiérarchie de masse des neutrinos, un paramètre fondamental, encore inconnu, du modèle théorique des oscillations de neutrinos. Le principe de la mesure est la détection d'un large échantillon de neutrinos atmosphériques ayant traversé la Terre, et l'analyse de leurs oscillations de saveur. Ces oscillations sont modifiées et augmentées par les effets de matière, dus à la présence d'une densité d'électrons le long de la trajectoire des neutrinos. Au-delà de la hiérarchie de masse et de la mesure des paramètres d'oscillation atmosphériques, ORCA sera alors capable de mesurer la densité en électrons et donc, en principe, de fournir des informations nouvelles sur la composition chimique des couches profondes de la Terre. Cette thèse présente une nouvelle étude, menée au sein de la collaboration KM3NeT, de la sensibilité d'ORCA à la détermination de la hiérarchie de masse des neutrinos, aux paramètres d'oscillations atmosphériques, et à la densité en électrons dans le noyau externe et le manteau inférieur de la Terre. La thèse se concentre sur le développement d'une nouvelle méthode d'analyse dont le but est de rendre compte de la réponse du détecteur de la manière la plus précise possible. Pour cela, la méthode est basée sur l'utilisation de matrices de réponses corrélées et construites à partir de simulations Monte Carlo. Les méthodes statistiques et sources d'incertitude systématique sont aussi étudiées en détail. La méthode développée permet une première exploration de nouvelles stratégies d'analyse optimisées. Les études de sensibilité montrent qu'ORCA atteindra une sensibilité médiane à la hiérarchie de masse ...