38 research outputs found

    Recherche de neutrinos tau par des critères cinématiques pour l'expérience DUNE

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    DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) is a major forthcoming long-baseline neutrino experiment dedicated among others to the study of neutrino oscillations via the production of a beam of muon neutrinos at Fermilab. They will be studied both at a near detector site located at Fermilab and at a far detector site located 1300 km away at the Sanford Underground Research Facility in South Dakota. Four gigantic 10 kTon (fiducial mass) detector modules with high spatial resolution and calorimetric performance, based on the liquid argon time projection chambers technology, will allow for the observation of neutrinos at the far detector site. Neutrino oscillations is a peculiar phenomenon which allows for neutrino flavour transitions. It was discovered in 1998 and has been ever since extensively scrutinized. Three years after its discovery, the tau neutrino was observed for the first time. It is today the least well-studied particle of the Standard Model with about twenty directly observed candidates only. DUNE will have an unprecedented sensitivity to the tau neutrino appearance via the large oscillations of muon neutrinos into tau neutrinos along its baseline. An event rate of approximately 30 tau neutrino charged current events per year and far detector module is expected. Their study will allow to significantly improve the understanding of neutrino interactions and offering a test for the 3-flavour neutrino paradigm. However the prompt decay of the charged lepton tau makes the corresponding neutrino flavour identification way more complicated than for electron/muon neutrinos for which the direct observation of the electron/muon is possible. The tau neutrino charged current cross section is moreover kinematically disfavoured by the large mass of the tau (1.78 GeV) which is comparable to the DUNE beam neutrino mean energy of 3 GeV. The isolation of a tau neutrino sample in DUNE thus requires a non-trivial treatment. This thesis presents an analysis to search for tau neutrinos in the DUNE experiment based on kinematical criteria. The precise tracking performance of liquid argon time projection chambers and the excellent particle energy reconstruction makes it suited to search for the tau decay signatures via kinematic criteria. Three tau decay modes are studied and for each of them a dedicated kinematical analysis is deployed to isolate tau neutrinos and reject the associated backgrounds.DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) est une future exp√©rience sur faisceau de neutrinos sur longue distance qui aura pour objectif, entre autres, d'approfondir l'√©tude des oscillations des neutrinos. Elle s'appuiera sur la cr√©ation d'un faisceau de neutrinos muoniques au Fermilab (Illinois), caract√©ris√© avec un d√©tecteur proche situ√© lui aussi au Fermilab, et utilis√© pour les mesures d'oscillation avec des d√©tecteurs lointains situ√©s 1300 km plus loin au Sanford Underground Research Facility dans le Dakota du Sud. Cette installation souterraine comprendra quatre gigantesques d√©tecteurs de neutrinos de 10 kilotonnes chacun (masse de d√©tection) employant la technologie des chambres √† projection temporelle √† argon liquide, dot√©e d'une grande r√©solution spatiale et d'une grande performance calorim√©trique. Les oscillations des neutrinos sont un ph√©nom√®ne sp√©cial qui leur permet de changer de saveur. Il a √©t√© d√©couvert en 1998 et a depuis fait l'objet d'une activit√© de recherche exp√©rimentale intensive. Trois ans apr√®s cette d√©couverte, le neutrino tau √©tait observ√© directement pour la premi√®re fois. C'est aujourd'hui la particule du Mod√®le Standard la moins bien √©tudi√©e avec seulement une vingtaine de candidats directement observ√©s. DUNE sera d'une sensibilit√© sans pr√©c√©dent concernant l'apparition de neutrinos tau gr√Ęce au large canal d'oscillations des neutrinos muoniques en neutrinos tauiques. Un taux d'√©v√©nements de cette saveur d'environ 30 neutrinos par an et par d√©tecteur lointain y est attendu. Les √©tudier permettra de consid√©rablement am√©liorer la compr√©hension des interactions de neutrinos avec la mati√®re baryonique et offrira un test pour le paradigme √† trois saveurs de neutrino. L'identification de la saveur d'un neutrino s'obtient par la d√©tection du lepton charg√© de la m√™me famille cr√©√© au vertex d'interaction. Or, la d√©sint√©gration rapide du lepton charg√© tau rend l'identification de cette saveur de neutrino bien plus hardue que pour les neutrinos √©lectroniques et muoniques pour qui l'identification directe de l'√©lectron et du muon est possible. De plus, la grande masse du lepton charg√© tau (1.78 GeV), comparable √† l'√©nergie des neutrinos de faisceau de DUNE (3 GeV), rend la section efficace en courant charg√© des neutrinos tau d√©favorable d'un point de vue cin√©tique. L'identification d'un √©chantillon de neutrinos tau pour DUNE requiert donc une m√©thode non-triviale. Cette th√®se pr√©sente une analyse de recherche de neutrinos tau sur des √©v√©nements simul√©s pour l'exp√©rience DUNE en s'appuyant sur des crit√®res cin√©matiques. La reconstruction pr√©cise des traces dans les chambres √† projection temporelle √† argon liquide du point de vue de la r√©solution spatiale et de la r√©solution en √©nergie rend l'exp√©rience particuli√®rement adapt√©e pour la recherche de d√©sint√©grations de leptons charg√©s tau par des crit√®res cin√©matiques. Trois canaux de d√©sint√©gration sont √©tudi√©s avec pour chacun une analyse d√©di√©e dans le but d'isoler des neutrinos tau et de rejeter les bruits de fond associ√©s

    Recherche de neutrinos tau par des critères cinématiques pour l'expérience DUNE

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    DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) est une future exp√©rience sur faisceau de neutrinos sur longue distance qui aura pour objectif, entre autres, d'approfondir l'√©tude des oscillations des neutrinos. Elle s'appuiera sur la cr√©ation d'un faisceau de neutrinos muoniques au Fermilab (Illinois), caract√©ris√© avec un d√©tecteur proche situ√© lui aussi au Fermilab, et utilis√© pour les mesures d'oscillation avec des d√©tecteurs lointains situ√©s 1300 km plus loin au Sanford Underground Research Facility dans le Dakota du Sud. Cette installation souterraine comprendra quatre gigantesques d√©tecteurs de neutrinos de 10 kilotonnes chacun (masse de d√©tection) employant la technologie des chambres √† projection temporelle √† argon liquide, dot√©e d'une grande r√©solution spatiale et d'une grande performance calorim√©trique. Les oscillations des neutrinos sont un ph√©nom√®ne sp√©cial qui leur permet de changer de saveur. Il a √©t√© d√©couvert en 1998 et a depuis fait l'objet d'une activit√© de recherche exp√©rimentale intensive. Trois ans apr√®s cette d√©couverte, le neutrino tau √©tait observ√© directement pour la premi√®re fois. C'est aujourd'hui la particule du Mod√®le Standard la moins bien √©tudi√©e avec seulement une vingtaine de candidats directement observ√©s. DUNE sera d'une sensibilit√© sans pr√©c√©dent concernant l'apparition de neutrinos tau gr√Ęce au large canal d'oscillations des neutrinos muoniques en neutrinos tauiques. Un taux d'√©v√©nements de cette saveur d'environ 30 neutrinos par an et par d√©tecteur lointain y est attendu. Les √©tudier permettra de consid√©rablement am√©liorer la compr√©hension des interactions de neutrinos avec la mati√®re baryonique et offrira un test pour le paradigme √† trois saveurs de neutrino. L'identification de la saveur d'un neutrino s'obtient par la d√©tection du lepton charg√© de la m√™me famille cr√©√© au vertex d'interaction. Or, la d√©sint√©gration rapide du lepton charg√© tau rend l'identification de cette saveur de neutrino bien plus hardue que pour les neutrinos √©lectroniques et muoniques pour qui l'identification directe de l'√©lectron et du muon est possible. De plus, la grande masse du lepton charg√© tau (1.78 GeV), comparable √† l'√©nergie des neutrinos de faisceau de DUNE (3 GeV), rend la section efficace en courant charg√© des neutrinos tau d√©favorable d'un point de vue cin√©tique. L'identification d'un √©chantillon de neutrinos tau pour DUNE requiert donc une m√©thode non-triviale. Cette th√®se pr√©sente une analyse de recherche de neutrinos tau sur des √©v√©nements simul√©s pour l'exp√©rience DUNE en s'appuyant sur des crit√®res cin√©matiques. La reconstruction pr√©cise des traces dans les chambres √† projection temporelle √† argon liquide du point de vue de la r√©solution spatiale et de la r√©solution en √©nergie rend l'exp√©rience particuli√®rement adapt√©e pour la recherche de d√©sint√©grations de leptons charg√©s tau par des crit√®res cin√©matiques. Trois canaux de d√©sint√©gration sont √©tudi√©s avec pour chacun une analyse d√©di√©e dans le but d'isoler des neutrinos tau et de rejeter les bruits de fond associ√©s.DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) is a major forthcoming long-baseline neutrino experiment dedicated among others to the study of neutrino oscillations via the production of a beam of muon neutrinos at Fermilab. They will be studied both at a near detector site located at Fermilab and at a far detector site located 1300 km away at the Sanford Underground Research Facility in South Dakota. Four gigantic 10 kTon (fiducial mass) detector modules with high spatial resolution and calorimetric performance, based on the liquid argon time projection chambers technology, will allow for the observation of neutrinos at the far detector site. Neutrino oscillations is a peculiar phenomenon which allows for neutrino flavour transitions. It was discovered in 1998 and has been ever since extensively scrutinized. Three years after its discovery, the tau neutrino was observed for the first time. It is today the least well-studied particle of the Standard Model with about twenty directly observed candidates only. DUNE will have an unprecedented sensitivity to the tau neutrino appearance via the large oscillations of muon neutrinos into tau neutrinos along its baseline. An event rate of approximately 30 tau neutrino charged current events per year and far detector module is expected. Their study will allow to significantly improve the understanding of neutrino interactions and offering a test for the 3-flavour neutrino paradigm. However the prompt decay of the charged lepton tau makes the corresponding neutrino flavour identification way more complicated than for electron/muon neutrinos for which the direct observation of the electron/muon is possible. The tau neutrino charged current cross section is moreover kinematically disfavoured by the large mass of the tau (1.78 GeV) which is comparable to the DUNE beam neutrino mean energy of 3 GeV. The isolation of a tau neutrino sample in DUNE thus requires a non-trivial treatment. This thesis presents an analysis to search for tau neutrinos in the DUNE experiment based on kinematical criteria. The precise tracking performance of liquid argon time projection chambers and the excellent particle energy reconstruction makes it suited to search for the tau decay signatures via kinematic criteria. Three tau decay modes are studied and for each of them a dedicated kinematical analysis is deployed to isolate tau neutrinos and reject the associated backgrounds

    Recherche de neutrinos tau par des critères cinématiques pour l'expérience DUNE

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    DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) is a major forthcoming long-baseline neutrino experiment dedicated among others to the study of neutrino oscillations via the production of a beam of muon neutrinos at Fermilab. They will be studied both at a near detector site located at Fermilab and at a far detector site located 1300 km away at the Sanford Underground Research Facility in South Dakota. Four gigantic 10 kTon (fiducial mass) detector modules with high spatial resolution and calorimetric performance, based on the liquid argon time projection chambers technology, will allow for the observation of neutrinos at the far detector site. Neutrino oscillations is a peculiar phenomenon which allows for neutrino flavour transitions. It was discovered in 1998 and has been ever since extensively scrutinized. Three years after its discovery, the tau neutrino was observed for the first time. It is today the least well-studied particle of the Standard Model with about twenty directly observed candidates only. DUNE will have an unprecedented sensitivity to the tau neutrino appearance via the large oscillations of muon neutrinos into tau neutrinos along its baseline. An event rate of approximately 30 tau neutrino charged current events per year and far detector module is expected. Their study will allow to significantly improve the understanding of neutrino interactions and offering a test for the 3-flavour neutrino paradigm. However the prompt decay of the charged lepton tau makes the corresponding neutrino flavour identification way more complicated than for electron/muon neutrinos for which the direct observation of the electron/muon is possible. The tau neutrino charged current cross section is moreover kinematically disfavoured by the large mass of the tau (1.78 GeV) which is comparable to the DUNE beam neutrino mean energy of 3 GeV. The isolation of a tau neutrino sample in DUNE thus requires a non-trivial treatment. This thesis presents an analysis to search for tau neutrinos in the DUNE experiment based on kinematical criteria. The precise tracking performance of liquid argon time projection chambers and the excellent particle energy reconstruction makes it suited to search for the tau decay signatures via kinematic criteria. Three tau decay modes are studied and for each of them a dedicated kinematical analysis is deployed to isolate tau neutrinos and reject the associated backgrounds.DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) est une future exp√©rience sur faisceau de neutrinos sur longue distance qui aura pour objectif, entre autres, d'approfondir l'√©tude des oscillations des neutrinos. Elle s'appuiera sur la cr√©ation d'un faisceau de neutrinos muoniques au Fermilab (Illinois), caract√©ris√© avec un d√©tecteur proche situ√© lui aussi au Fermilab, et utilis√© pour les mesures d'oscillation avec des d√©tecteurs lointains situ√©s 1300 km plus loin au Sanford Underground Research Facility dans le Dakota du Sud. Cette installation souterraine comprendra quatre gigantesques d√©tecteurs de neutrinos de 10 kilotonnes chacun (masse de d√©tection) employant la technologie des chambres √† projection temporelle √† argon liquide, dot√©e d'une grande r√©solution spatiale et d'une grande performance calorim√©trique. Les oscillations des neutrinos sont un ph√©nom√®ne sp√©cial qui leur permet de changer de saveur. Il a √©t√© d√©couvert en 1998 et a depuis fait l'objet d'une activit√© de recherche exp√©rimentale intensive. Trois ans apr√®s cette d√©couverte, le neutrino tau √©tait observ√© directement pour la premi√®re fois. C'est aujourd'hui la particule du Mod√®le Standard la moins bien √©tudi√©e avec seulement une vingtaine de candidats directement observ√©s. DUNE sera d'une sensibilit√© sans pr√©c√©dent concernant l'apparition de neutrinos tau gr√Ęce au large canal d'oscillations des neutrinos muoniques en neutrinos tauiques. Un taux d'√©v√©nements de cette saveur d'environ 30 neutrinos par an et par d√©tecteur lointain y est attendu. Les √©tudier permettra de consid√©rablement am√©liorer la compr√©hension des interactions de neutrinos avec la mati√®re baryonique et offrira un test pour le paradigme √† trois saveurs de neutrino. L'identification de la saveur d'un neutrino s'obtient par la d√©tection du lepton charg√© de la m√™me famille cr√©√© au vertex d'interaction. Or, la d√©sint√©gration rapide du lepton charg√© tau rend l'identification de cette saveur de neutrino bien plus hardue que pour les neutrinos √©lectroniques et muoniques pour qui l'identification directe de l'√©lectron et du muon est possible. De plus, la grande masse du lepton charg√© tau (1.78 GeV), comparable √† l'√©nergie des neutrinos de faisceau de DUNE (3 GeV), rend la section efficace en courant charg√© des neutrinos tau d√©favorable d'un point de vue cin√©tique. L'identification d'un √©chantillon de neutrinos tau pour DUNE requiert donc une m√©thode non-triviale. Cette th√®se pr√©sente une analyse de recherche de neutrinos tau sur des √©v√©nements simul√©s pour l'exp√©rience DUNE en s'appuyant sur des crit√®res cin√©matiques. La reconstruction pr√©cise des traces dans les chambres √† projection temporelle √† argon liquide du point de vue de la r√©solution spatiale et de la r√©solution en √©nergie rend l'exp√©rience particuli√®rement adapt√©e pour la recherche de d√©sint√©grations de leptons charg√©s tau par des crit√®res cin√©matiques. Trois canaux de d√©sint√©gration sont √©tudi√©s avec pour chacun une analyse d√©di√©e dans le but d'isoler des neutrinos tau et de rejeter les bruits de fond associ√©s

    Tau Neutrinos in the Next Decade: from GeV to EeV

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    International audienceTau neutrinos are the least studied particle in the Standard Model. This whitepaper discusses the current and expected upcoming status of tau neutrino physics with attention to the broad experimental and theoretical landscape spanning long-baseline, beam-dump, collider, and astrophysical experiments. This whitepaper was prepared as a part of the NuTau2021 Workshop

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    International audienceTau neutrinos are the least studied particle in the Standard Model. This whitepaper discusses the current and expected upcoming status of tau neutrino physics with attention to the broad experimental and theoretical landscape spanning long-baseline, beam-dump, collider, and astrophysical experiments. This whitepaper was prepared as a part of the NuTau2021 Workshop

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    International audienceTau neutrinos are the least studied particle in the Standard Model. This whitepaper discusses the current and expected upcoming status of tau neutrino physics with attention to the broad experimental and theoretical landscape spanning long-baseline, beam-dump, collider, and astrophysical experiments. This whitepaper was prepared as a part of the NuTau2021 Workshop
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