Proposition de sujet de stage M2 - LAPP - IN2P3

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Proposition de sujet de stage M2
Année 2012-2013
Nom du laboratoire Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de Physique des Particules (LAPP)
Coordonnées Responsable de stage
Responsable de stage P. del Amo Sanchez Groupe Neutrino
Téléphone 04 50 09 16 67 E-mail delamo@lapp.in2p3.fr
Sujet de stage / Travail demandé
Membres de l’équipe d’encadrement
Intitulé de stage de M2
Date 29 octobre 2012
Nombre de pages 2
P. del Amo Sanchez, D.Duchesneau, H. Pessard, A. Zghiche
Etude pour la recherche de l’apparition directe d’oscillation neutrino dans le canal multi-hadronique de
désintégration du tau avec le détecteur OPERA sur le faisceau CNGS du CERN.

Résumé du travail demandé
Le groupe neutrino du LAPP propose un travail de stage expérimental en physique des neutrinos et plus
spécifiquement sur l’étude des interactions de neutrinos dans le détecteur OPERA. Ce travail s’inscrit dans les
recherches sur les oscillations des neutrinos dont certains paramètres restent encore indéterminés.
Dans ce contexte, le détecteur OPERA, installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie, a pour but
principal de mettre en évidence pour la première fois l’apparition de neutrino de type tau dans un faisceau de
neutrinos initialement de saveur mu, produit au CERN, 730 km plus loin.
Le détecteur est composé entre autre d’un trajectographe de très haute précision utilisant une alternance de plaques
de plomb et de films d’émulsion. Ceux-ci permettent de reconstruire les traces des particules chargées résultant des
interactions neutrino avec une précision inégalable (de l’ordre du micron) et de déterminer la topologie de ces
interactions.
La recherche des événements de signal d’oscillation est essentiellement validée sur la capacité à identifier et
séparer des événements présentant une topologie semblable à un événement tau mais issue de la production de
mésons charmés (particules dont les désintégrations ressemblent sensiblement aux désintégrations du lepton tau).
La prise de données de l’expérience finira en 2012, et l’analyse de ces données est maintenant dans son apogée.
Avec encore la moitié des données à analyser, deux candidats tau ont déjà été annoncés publiquement, le deuxième
étant un événement à deux vertex. C’est dans ce cadre que la proposition de stage intervient.
Le travail proposé a pour but la mise en place d’une étude pour comparer des algorithmes de reconstruction de
vertex dans les interactions neutrinos de manière à optimiser l’identification et la sélection des événements
possédant un vertex primaire, correspondant à l’interaction du neutrino, et un vertex secondaire, localisant une
désintégration de lepton tau ou méson charme en plusieurs particules chargées.
Cette étude comportera plusieurs volets dont une introduction à la physique des oscillations neutrinos, une
estimation des taux de production attendus dans le détecteur OPERA, une étude cinématique à partir des données
de simulation, et une comparaison des propriétés des vertex reconstruits dans le détecteur avec diverses approches.
Indication éventuelle d’ouverture vers un sujet de thèse
Le travail de thèse qui fera suite au stage abordera deux activités de recherche. La première permettra le
développement de l’étude détaillée des interactions neutrinos issues du faisceau longue distance CNGS en
appliquant les méthodes de reconstruction de vertex et en étendant l’étude à la caractérisation des propriétés
cinématiques des interactions à la recherche d’un signal d’oscillation neutrino dans OPERA pour les canaux multihadroniques
avec l’ensemble des données.
Le deuxième volet de recherche concernera la recherche des neutrinos stériles auprès du réacteur de l’ILL à
Grenoble. Récemment, des anomalies dans les résultats des plusieurs expériences neutrino situées à une centaine
de mètres des réacteurs nucléaires ont été interprétées comme une possible oscillation des antineutrinos produits
dans les réacteurs en un type de neutrino, dit stérile, qui interagit encore plus faiblement avec la matière et qui
serait donc passé inaperçu. La longueur d’oscillation associée serait de l’ordre de 3 mètres, ce qui fait du réacteur
de Grenoble, avec son cœur compact (< 0,5 m), l’endroit idéal pour étudier ces oscillations. La découverte ou
l’infirmation de l’existence de ces neutrinos est fondamental.
Le travail proposé couvrira des simulations de détecteur et l’optimisation de la géométrie des blindages contre les
sources de bruit de fond. Il intégrera aussi un volet étude de système de calibration des photodétecteurs,
installation de détecteur sur site, la mise en route, les prises de données et l’analyse de physique des oscillations
neutrinos.
Type de financement