Determining the Neutrino Mass Hierarchy with KM3NeT/ORCA

• Main Authors: Quinn, Liam, Détermination de La Hiérarchie, La, Evans, Justin, Koskinen, Jason, Diaconu, Cristinel, Coyle, Paschal
• Other Authors: Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Universitè, Paschal Coyle
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2018
• Subjects: Neutrino Oscillations; Cosmic radiation; Detector; Cerenkov; Détecteur; Oscilliations des neutrinos; Paschal Coyl; [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]; Orca
• Online Access: https://hal.in2p3.fr/tel-02265297; https://hal.in2p3.fr/tel-02265297/document; https://hal.in2p3.fr/tel-02265297/file/thesis-final_Liam%20Quinn.pdf

ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) is a megaton-scale Cherenkov neutrino detector currently under construction by the KM3NeT collaboration, at a depth of 2450m in the Mediterranean Sea.Atmospheric neutrinos cross the Earth along a wide range of baselines, undergoing matter effects which enhance neutrino oscillations in the few GeV energy range with a dependence on the neutrino mass hierarchy (NMH).The ORCA design consists of a dense configuration of optical modules, containing 31 3'' photomultiplier tubes (PMTs), exploiting the excellent optical properties of deep seawater to reconstruct both cascade events (mostly $\nu_e$) and track events (mostly $\nu_\mu$) down to a few GeV.ORCA is expected to measure the NMH with a median significance greater than $3\sigma$ after a few years of operation.This work focuses on event reconstruction, as well as the methods and results of the sensitivity studies for the measurement of the mass hierarchy and the oscillation parameters $\theta_{23}$ and $\Delta m_{32}^2$. ORCA (Recherche d'Oscillations avec les Rayons Cosmiques dans l'Abysse) est un détecteur TCherenkov de neutrinos à l'échelle des mégatonnes, actuellement en construction par la collaboration KM3NeT, à 2450m de profondeur dans la mer Méditerranée.Les neutrinos atmosphériques traversent la Terre le long d'un large éventail de lignes des bases, en subissant des effets de matière qui augmentent les oscillations des neutrinos avec énergies de l'ordre de peu GeV, qui dépendent de l'hiérarchie de masse des neutrinos (NMH).La conception d' ORCA comprise une dense configuration de modules optiques, qui contiennent 31 photomultiplicateurs (PMTs) de 72 mm, qui exploitent les excellentes propriétés de l'eau de la mer pour reconstruire à la fois les cascades (principalement $\nu_e$) et les traces (principalement $\nu_\mu$) jusqu'à quelques GeV.Il est prévu que ORCA mesurera la NMH avec une signification statistique plus grand que $3\sigma$ après avoir pris des données pour quelques années.Ce travail s'axe ...