Incertitudes systématiques dans les combinaisons de résultats d'oscillations de neutrinos – SUNCORE
SUNCORE : Incertitudes systématiques dans les combinaisons de résultats d'oscillations de neutrinos
Les oscillations de neutrinos sont, à ce jour, le seul exemple de physique au-delà du modèle standard. Ces oscillations ont été découvertespar Super-Kamiokande en 1998 et confirmées par d'expériences exploitant les neutrinos produits par le Soleil, par l'atmosphère, par les réacteurs et par les accélérateurs. <br />Les accélérateurs sont particulièrement puissantsi car ils permettent d'observer l'oscillation des neutrinos et des antineutrinos, ce qui donne accès à des effets de violation de CP.
L'objectif est de réduire les incertitudes sur le flux et la section efficace dans les expériences d'oscillation de neutrinos et combiner différentes expériences afin d'accroître la sensibilité à CP
L'objectif du projet SUNCORE est de réduire les systématiques du flux et la section efficace dans les expériences d'oscillations de neutrinos à longue distance, en vue de la découverte éventuelle d'une violation de CP dans le secteur leptonique.<br />Cette réduction est possible grâce à l'utilisation du Near Detector dans lequel le faisceau de neutrinos est mesuré avant les oscillations. Les mesures des détecteurs proches permettent de prédire les spectres attendus au niveau du détecteur lointain et, en les comparant aux spectres attendus, d'extraire les paramètres des oscillations de neutrinos.<br />Au T2K, nous travaillons actuellement à une mise à niveau du complexe de détecteurs proches qui permettra des mesures plus précises de la section efficace des neutrinos, en exploitant la partie hadronique des interactions entre neutrinos.<br />En outre, l'objectif de SUNCORE est de travailler à une combinaison des données de T2K avec deux autres expériences, NOvA et SK, afin d'améliorer les mesures des paramètres d'oscillation des neutrinos. Ces combinaisons permettent en effet de briser certaines dégénérescences entre différents effets d'oscillation (par exemple la violation de CP et la hiérarchie de masse).<br />Un pré-requis pour ces analyses est une compréhension approfondie des sections efficaces des neutrinos à différentes énergies, ce qui est le but du projet SUNCORE.
La plupart des travaux du projet SUNCORE ont été réalisés dans le cadre de la mise à niveau du détecteur de proximité de T2K. En 2019, le chercheur principal du projet SUNCORE a été nommé coordinateur de cette mise à niveau par la collaboration T2K.
Cette mise à niveau est un ingrédient clé pour le succès de SUNCORE car elle permettra de réduire davantage les incertitudes sur la section transversale et le flux dans les analyses d'oscillation de T2K et dans les combinaisons avec SK et NOvA. Le coût total de la mise à niveau est d'environ 6 millions d'euros et l'objectif initial était de l'installer au Japon au début de 2022.
Des retards dus principalement à COVID ont repoussé l'installation de la mise à niveau. Le plan actuel prévoit d'installer les détecteurs à l'été/automne 2022 et de pouvoir commencer à recueillir des données au début de 2023.
Dans le cadre du projet SUNCORE, et plus généralement dans le groupe LPNHE, nous travaillons sur deux aspects : les études de sensibilité de la mise à niveau et l'évaluation des performances des chambres à projection temporelle à grand angle, l'un des nouveaux détecteurs de la mise à niveau.
En outre, le groupe LPNHE a travaillé à la conception et à la production des cartes électroniques TPC Front-End et, l'un des postdocs de SUNCORE, est chargé de développer le DAQ pour les HA-TPC.
Un autre résultat de SUNCORE a été l'inclusion des données de la cible réplique NA61/SHINE dans la prédiction du flux T2K. Ces données sont maintenant incluses dans les analyses de l'oscillation T2K et ont permis de réduire les incertitudes sur le flux à 5%.
En ce qui concerne la combinaison des analyses d'oscillation, nous avons décidé de nous concentrer sur la combinaison T2K/SK. L'un des post-docs engagé par SUNCORE est actuellement en charge de la combinaison des systématiques des détecteurs entre T2K et SK qui est le principal ingrédient nécessaire pour la combinaison de T2K et SK. Cela nécessite une étude minutieuse des corrélations entre les systématiques des détecteurs SK pour les échantillons T2K et les échantillons atmosphériques SK.
Les membres de SUNCORE font partie de la collaboration T2K qui a récemment publié dans la revue Nature les premiers indices de violation de CP dans le secteur leptonique. Ces indices, s'ils seront confirmés, pourraient être une explication sur les raisons pour lesquelles nous vivons dans un Univers dominé par la matière.
Afin de confirmer ces indices, il est nécessaire de disposer de plus de statistiques et d'une meilleure compréhension des incertitudes systématiques. Cela a conduit à l'approbation de la phase dite T2K-II avec des mises à niveau de la ligne de faisceau et du complexe de détection proche. Le chercheur principal de SUNCORE dirige la mise à niveau du détecteur de proximité et nous nous sommes engagés à installer ce détecteur d'ici 2022.
Cette mise à niveau devrait permettre de réduire les incertitudes systématiques en effectuant une reconstruction complète de l'état final des interactions de neutrinos, y compris la partie hadronique qui n'est actuellement pas utilisée dans les analyses T2K.
En outre, les membres du consortium ont mené l'inclusion des données NA61/SHINE dans la prédiction du flux T2K, permettant une réduction des incertitudes sur le flux de 10 à 5%.
La prochaine étape importante de SUNCORE est l'installation de la mise à niveau du détecteur proche, prévue pour la fin 2022, et l'exploitation de ses premières données.
Afin d'être prêts pour cela, nous travaillons sur la caractérisation des performances des chambres de projection temporelle ainsi que sur les performances globales attendues de la mise à niveau.
En même temps, nous travaillons à la combinaison des données existantes de T2K avec SK et NOVA. En particulier, la combinaison avec SK est menée par les membres du projet SUNCORE et devrait fournir les premiers résultats à la fin de 2022.
1. Sensitivity of the Upgraded T2K Near Detector to constrain neutrino and anti-neutrino interactions with no mesons in the final state by exploiting nucleon-lepton correlations, submitted to PRD
2. Characterization of resistive Micromegas detectors for the upgrade of the T2K Near Detector Time Projection Chambers, submitted to NIM
3. Improved constraints on neutrino mixing from the T2K experiment with 3.13×1021 protons on target, Phys.Rev.D 103 (2021) 11, 112008
4. Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations, Nature 580 (2020) 7803, 339-344
Le champ des oscillations de neutrinos entre dans l'e`re de pre´cision: les trois angles de me´lange sont mesure´ et premieres mesures de violation de CP sont a porte´. Une telle mesure ne peut e^tre effectue´e qu'en observant l'apparition de neutrinos de diffe´rentes saveurs dans d'expe´riences a` longues distances: des neutrinos muoniques sont produits par un acce´le´rateur et la transition vers les neutrinos e´lectroniques est observe´e avec un de´tecteur situe´e a` des centaines de km de distance. Pour pouvoir observer la violation de CP, il faut comparer les probabilite´s d'apparition des neutrinos et antineutrinos. La statistique croissante accumule´e par des expe´riences telles que T2K appellent une meilleure compre´hension des incertitudes syste´matiques, domine´es par les incertitudes sur les flux de neutrinos et leur sections efficace. Le but de SUNCORE est de re´duire ces deux sources d'incertitudes afin de mesurer la violation de CP avec T2K. Cela aura un impact sur les analyses d'oscillation de T2K, sur la combinaison prevu entre les donne´es de T2K et celui de NOvA (une experience similaire a T2K qui prend des donne´es aux Etats Unis) et Super-Kamiokande ouvrir la voie a` la mesure de pre´cision dans HK et DUNE.
Coordination du projet
Claudio Giganti (Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
LPNHE Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies
Aide de l'ANR 296 960 euros
Début et durée du projet scientifique :
septembre 2019
- 48 Mois
