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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-17-0208

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique des particules / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Test de l'anomalie des antineutrinos de réacteurs et recherche de neutrinos stériles avec l'expérience CeSOX

RÉSUMÉ DU SUJET

En 2011, l’équipe de recherche « neutrinos de basses énergies » de l’IRFU a publié une réévaluation à la hausse de la prédiction des flux d’antineutrinos issus de réacteurs nucléaires. L’impact de ce changement dans l’interprétation des résultats de 20 expériences placées à courte distance (< 100 m) d’un réacteur nucléaire, toutes réalisées dans les décennies 80-90, a été examiné. Celui-ci a révélé un déficit moyen de 6 % entre le nombre de neutrinos attendus et le nombre de neutrinos détectés, appelé anomalie des antineutrinos de réacteurs. Cette anomalie pourrait s’expliquer par un nouveau mode d’oscillation à courte distance des neutrinos actifs, associés aux trois familles de leptons connues (électron, muon, et particule tau) vers un 4ème neutrino, dit stérile, dont la masse serait de l’ordre de l’électronvolt.

Cependant, le déficit est observé à un niveau de confiance statistique de 99 %, et n’est donc pas assez significatif pour définitivement conclure sur l’existence de cette nouvelle particule. Une preuve irréfutable serait l’observation d’une oscillation dans le taux de neutrinos détectés en fonction de l’énergie et de la distance, comme le prévoit le formalisme des oscillations de neutrinos. Le projet CeSOX a ainsi pour but de tester cette anomalie et de rechercher l’existence d’un neutrino stérile par l’observation d’une telle oscillation. Il consiste à déployer une source radioactive de Ce144-Pr144 à 8.5 m du détecteur Borexino, situé au Laboratoire National du Gran Sasso (LNGS) en Italie.

L’objectif de la thèse est de mener une analyse complète des données collectées par le détecteur Borexino lorsque la source sera déployée (d'ici fin 2017), pour rechercher à la fois une modulation et un déficit du taux d’antineutrinos détectés en fonction de l’énergie et de la distance, signatures caractéristiques de l’existence d’un neutrino stérile dont la masse est de l’ordre de l’électronvolt. Un point-clé de ce travail consistera à caractériser avec précision les performances (reconstruction en énergie, vertex et efficacité de détection) du détecteur dans les parties externes de son volume cible, pour profiter au maximum de la statistique collectée et tirer vers le maximum de sensibilité la recherche de neutrinos stériles. Ce travail de caractérisation se fera à l’aide des données d’étalonnage et de la simulation GEANT 4 du détecteur. L’étudiant s’investira ensuite dans les travaux de développement des outils statistiques nécessaires à l’interprétation des données, et utilisera ces outils pour fournir ses résultats sur la recherche de neutrinos stériles.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master 2 en physique expérimentale ou théorique des hautes énergies.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers
Service de Physique des Particules
Groupe Double Chooz
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2017
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Matthieu Vivier  

CEA
DRF/IRFU/SPP/Double Chooz
DSM/IRFU/SPP
Bât 141, pièce 153 A
91191 gif-sur-yvette

Téléphone : +33 1 69 08 66 26

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Thierry Lasserre

CEA
DSM/IRFU/SPP
DSM/IRFU/SPP
Bât. 141
91191 Gif sur Yvette