Développement d'algorithmes de reconstruction pour les nouvelles chambres de projection temporelle à grand angle dans l'expérience T2K et mesure de la violation de CP dans les oscillations de neutrinos // Development of Reconstruction Algorithms for the N

Les neutrinos sont des messagers prometteurs pour détecter de la physique au-delà du Modèle Standard. Leur nature mystérieuse et leur masse encore inexpliquée suggèrent qu'ils pourraient révéler de nouvelles voies pour la physique. Les recherches sur les oscillations de neutrinos sont entrées dans une phase de précision avec des expériences comme T2K, qui, en 2020, a observé des indices de violation de CP dans le secteur leptonique, susceptibles d’apporter des réponses à la question de l’asymétrie matière-antimatière dans l’Univers.

L'expérience T2K, qui se déroule au Japon, mesure les oscillations de neutrinos en produisant un faisceau intense de neutrinos (et antineutrinos) muoniques. Ce faisceau est analysé à deux emplacements : un détecteur proche, conçu pour contraindre les incertitudes systématiques associées au flux de neutrinos et aux modèles d'interaction, et un détecteur lointain (Super-Kamiokande), qui permet de mesurer la disparition des neutrinos muoniques ainsi que l'apparition des neutrinos électroniques à la suite des oscillations.
En 2023, T2K a entamé sa seconde phase avec une puissance de faisceau accrue et des améliorations du détecteur proche ND280, incluant une nouvelle cible hautement segmentée et des chambres à projection temporelle à grands angles (HA-TPC). Ces améliorations permettent une reconstruction plus précise des particules produites par les interactions de neutrinos.

Les équipes de l'IRFU ont contribué en développant des HA-TPC équipées de la technologie Micromegas résistive. Ces travaux améliorent la résolution spatiale et la précision du moment des particules. La thèse explore l'optimisation des algorithmes de reconstruction des trajectoires des particules dans les HA-TPC grâce à des techniques avancées, ainsi que l'analyse des données T2K avec le ND280 amélioré afin d'atteindre un niveau de significance de 3 sigma sur la violation de CP. T2K prépare ainsi le terrain pour les expériences futures comme DUNE et Hyper-Kamiokande, ouvrant de nouvelles perspectives pour les deux prochaines décennies.

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Neutrinos are promising messengers for detecting physics beyond the Standard Model. Their elusive nature and unexplained mass suggest they could open new pathways for physics. Neutrino oscillation research has entered a precision era with experiments like T2K, which in 2020 observed hints of CP violation in the leptonic sector that could shed light on the question of matter-antimatter asymmetry in the Universe.

The T2K experiment, located in Japan, studies neutrino oscillations by generating an intense beam of muon neutrinos (and anti-neutrinos). This beam is measured at two locations: a near detector, designed to reduce systematic uncertainties related to the neutrino flux and interaction models, and a far detector (Super-Kamiokande), tasked with measuring the disappearance of muon neutrinos and the appearance of electron neutrinos after oscillation.
In 2023, T2K entered its second phase with increased beam power and upgrade of the near detector, including a highly granular new target and High-Angle Time Projection Chambers (HA-TPC). These improvements enable more precise reconstruction of particles produced by neutrino interactions.

IRFU teams contributed by developing HA-TPCs equipped with resistive Micromegas technology. This work improves spatial resolution and the precision of particle momentum. The thesis explores optimizing the particle track reconstruction algorithms in the HA-TPCs using advanced techniques, as well as analyzing T2K data with the upgraded ND280 to achieve a 3 sigma level of significance for CP violation. T2K is thus paving the way for future experiments like DUNE and Hyper-Kamiokande, opening new perspectives for the next two decades.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules
Laboratoire : Groupe Neutrinos-accélérateurs
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Directeur de thèse : Hassani Samira
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DPhP

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules

Master 2 en Physique des Particules