Physique des neutrinos de haute précision pour la mesure de la violation de CP : de T2K à Hyper-Kamiokande – nuOscT2HK

La recherche de la violation de charge et de parité (CPV), l'une des rares inconnues du modèle standard de la physique des particules, est l'objectif principal des expériences d'oscillation de neutrinos à longue distance (LBL). Les expériences LBL utilisent des faisceaux intenses de ?µ ou d'anti-?µ et recherchent la CPV en observant des éventuels différences dans les probabilités d'oscillation ?µ ? ?e et anti-?µ ? anti-?e dans le détecteur lointain (FD) situé à quelques centaines de km. Un complexe de détecteurs proches (ND), positionnés avant que les oscillations de saveur ne se produisent, mesurent le flux de neutrinos et la section efficace et contraignent les incertitudes systématiques correspondantes.
Le programme japonais sur les neutrinos du LBL est actuellement défini par l'expérience T2K (Tokai-To-Kamioka). À partir de 2027, le programme évoluera vers l'Hyper-Kamiokande (HK), un FD huit fois plus massif que le Super-Kamiokande utilisé par T2K. T2K et HK partageront la même ligne de faisceaux de neutrinos à J-PARC et le même détecteur proche, ND280. Pour faire face a la statistique importante qui sera collectée au FD dans les prochaines années, un programme vigoureux de réduction des incertitudes systématiques sur le flux de neutrinos et la section efficace est mené en mesurant les interactions de neutrinos à ND280, récemment mis à niveau par la collaboration T2K avec la construction d'une nouvelle cible active à scintillateur segmenté en 3D et de nouvelles chambres de projection temporelle. Les PIs, après avoir conçu, construit et, enfin, installé la mise a niveau de ND280, visent avec ce projet à exploiter les nouvelles données du ND280 en effectuant des mesures de haute précision de la section efficace ?µ-nucléus, en utilisant des outils d'apprentissage profond (DL) récemment développés, et de la section transversale ?e-nucléus avec des échantillons avec une pureté amelioré. Les mesures de ND280, combinées à un travail actif de R&D et à des études de simulation de détecteur, conduiront grâce à ce projet au design conceptuel de ND280++, une mise à niveau supplémentaire de ND280 conçue pour la phase de haute précision Hyper-K vers 2030.

Le projet donnera une continuité aux leaderships français et suisse dans les deux expériences T2K et Hyer-K et confirmera leur centralité également dans le contexte du détecteur proche HK.
Les étapes du projet sont les suivantes
(1) réaliser la première mesure de section efficace ?µ-nucléus CC avec une caractérisation complète des effets nucléaires, y compris l'activité du vertex, c'est-à-dire la signature laissée dans le détecteur par des particules indiscernables à faible impulsion s'arrêtant près du vertex d'interaction, en utilisant les nouveaux outils DL ;
(2) effectuer une mesure de la section efficace ?e-noyau CC de grande pureté, en rejetant le bruit de fond dominant ? ? e+e- grace aux performance supérieure du SuperFGD, la nouvelle cible active à scintillateur granulaire 3D ;
(3) développer le design conceptuel du ND280++ pour la phase de haute précision du HK avec la R&D sur un détecteur à scintillateur liquide granulaire 3D à base d'eau, afin d'améliorer la modélisation de la section efficace des neutrinos dans l'eau, le même milieu actif que le détecteur lointain du HK.