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L oscillation de Neutrinos dans MINOS

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

L’oscillation de Neutrinos dans MINOS

Par Rodolphe Piteira

(2)

Plan de l’exposé

• Les neutrinos

• Les oscillations de neutrinos

• Description de l’expérience MINOS

• Ce que MINOS peut voir

• Les conséquences sur l’oscillation des ν

• Conclusions …

(3)

Les neutrinos

• Particules « élémentaires » : leptons

• Charge électrique nulle

• 3 familles associées aux leptons chargés :

 

 

 

 

 

 

τ ν µ

ν

ν µ τ

e

e

(4)

Les neutrinos

• Interaction faible avec la matière

• De masse très faible :

certainement < qques eV

• Soupçonnés d’être schizophrènes …

(5)

Les observations actuelles

• Anomalie dans les flux attendus de neutrinos

– solaires

– atmosphériques – et des réacteurs

→ Explication de ce ph é nom è ne par

l ’ oscillation quantique

(6)

L’oscillation

• Au cours de sa propagation, il peut changer de nature.

ν µ

ν τ

ν e

(7)

L’oscillation

• Soit un état de départ,

• Supposition : est une combinaison linéaire d’états propres de masse

ν l l = e , µ , τ

ν l

l l

k ≠ ν , ∀

ν

∑ =

= 3

1 k

k lk

l U ν

ν

(8)

L’oscillation

• U est unitaire

• U : matrice de changement de base

→ 3 angles n é cessaires





 −





 −





=





=

1 0 0

0 cos

sin

0 sin

cos cos

0 sin

0 1 0

sin 0 cos

cos sin

0

sin cos

0

0 0

1

12 12

12 12

13 13

13 13

23 23

23 23

3 2

1

3 2

1

3 2 1

θ θ

θ θ

θ θ

θ θ

θ θ

θ θ

τ τ

τ

µ µ

µ

U U

U

U U

U

U U

U U

e e

e

 

 

 

 

 =

 

 

3 2 1

3 2

1

3 2

1

3 2

1

ν ν ν ν

ν ν

τ τ

τ

µ µ

µ τ

µ

U U

U

U U

U

U U

U

e e e

e

23 13

12 , θ , θ

θ

(9)

L’oscillation

• Evolution temporelle :

• Les sont tous différents

∑ =

= 3 − 1

) (

k

k t

iE lk

l t U e

k

ν

ν

E k

) 0 ( )

( l

l t ν

ν ≠

(10)

L’oscillation

• Conséquence :

– Proba non nulle de détecter un neutrino de nature différente

– Forme de la proba : somme de sinusoïdes

(11)

L’oscillation

Pour un ν µ initial d’énergie E :

• On le détecte à une distance L

• Proba qu’il ne soit plus un ν µ :

( )

 

 ∆

→ ≈ E

m L P e

sin 4 2

sin 2 23 2 23 2

, τ θ

µ

(12)

L’oscillation

( )

 

 ∆

→ ≈

E m L

P e

sin 4 2

sin 2 23 2 23 2

, τ θ

µ

(13)

L’oscillation

→ déformation du spectre initial

Spectre initial Spectre oscillé

(14)

Et MINOS dans tout ça?

(15)

Où est MINOS ?

(16)

MINOS

Composé de :

• Un faisceau de neutrino

• Un détecteur proche (1 ktonne)

• Un détecteur lointain (5,4 ktonnes)

(17)

Le détecteur de MINOS

• Constitué de :

– 485 plaques d’acier octogonales (5,14 ktonnes)

– 484 plaques de scintillateur octogonales

(0,26 ktonne)

– Un champ magnétique de 1,5 Tesla!

– Beaucoup de câbles et d’électronique!!!

• 824 km de fibre

• 32500 canaux de lecture …

(18)

Le détecteur de MINOS

(19)

Que voit-on?

• Des courants chargés de ν µ : ν µ X → µ X ’

• Des courants neutres de ν µ :

ν µ X → ν µ X ’

(20)

Les Courants Chargés CC

• Trace d’une diffusions quasi-élastiques de ν µ :

E ν =4,67 GeV

E µ =4,45 GeV

(21)

Les Courants Chargés CC

• Trace d’1 production de résonance par un CC de ν µ :

E ν =6,5 GeV

E µ =5,0 GeV

(22)

Les Courants Chargés CC

• Diffusion profondément inélastique d’un CC de ν µ :

E ν =26 GeV

E µ =5 GeV

(23)

Reconstruction des CC

Traces → détermine l’énergie des muons

•Par la longueur de la trace

•Par la courbure de la trace

(24)

Reconstruction

• La longueur de la trace :

– Bons résultats, bonne connaissance du dE/dx

– … à condition de pouvoir isoler la trace!!!!

→ travail en cours …

• La courbure de la trace :

– Champ magnétique à géométrie compliquée!!

→ travail en cours …

(25)

Calibration des détecteurs

• Détecteur proches et lointains à calibrer:

– Courants neutres

(pb. : difficiles à identifier)

– Distribution spatiale et spectrale des CC dans le détecteur proche

→ travail en cours!

(26)

La comparaison

(27)

Exploitation de données

• Déformation du spectre ( )

→ d é termine à 10%

→ d é termine à 10%

2

m 23

) 2

(

sin 2 θ 23

2 3

2

23 3 10 eV

m ≈ ×

(28)

Conclusions…

• Le faisceau démarre en fin 2004

• 2 ans d’acquisitions de données

• Mesure précise de

• Incertitudes systématiques réduites (détecteur proche)

• Possibilité de mesure de

2

m 23

θ 13

(29)

La fin

Merci

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