Effets de l'onde de choc et de l'auto-interaction des neutrinos sur la conversion de saveur des neutrinos dans l'environnement des supernovae
Résumé
Since the discovery of the neutrino oscillation phenomenon by the Super-Kamiokande experiment and of the MSW effect as the solution of the solar neutrino deficit, the study of the neutrino propagation and of their flavor conversion in astrophysical environments is a very active field. This PhD thesis focuses upon flavor conversion phenomena of supernova neutrinos. In a first work, we performed the first complete calculation including the shock wave and the neutrino self-interaction to estimate the diffuse supernova neutrino background (DSNB) flux arriving on Earth. This neutrino flux comes from all the supernovae that exploded in the visible Universe. By varying the value of the third angle !13 of the mixing matrix UMNSP, our numerical results have shown that the shock wave has a significant impact on the DSNB flux. At the same time, we have proposed a simplified model that accounts for the shock wave effects to be used in future calculations of the DSNB flux. The second work of this thesis is focused on the first exact analytical derivation of the matter Hamiltonian in the presence of the neutrino self-interaction. We have underlined, in the two flavors case, the important role of the Dirac phase !& appearing in the matter basis and established a condition on the elements of the flavor Hamiltonian for the onset of bipolar oscillations. In the third work, using the polarization vector formalism, we have identified a correspondence between the "spectral split" and the magnetic resonance phenomena: the neutrino energies for which the magnetic resonance criteria are fulfilled undergo a flavor change at the location where the "spectral split" occurs. A preliminary study of the three flavors case indicates us that the correspondence between the "spectral split" and the magnetic resonance holds in this case aswell.
Depuis la découverte du phénomène d'oscillation des neutrinos par l'expérience Super-Kamiokande et de l'effet de résonance MSW comme solution au déficit de neutrinos solaires, l'étude de la propagation des neutrinos et de leur conversion de saveur dans un contexte astrophysique est un domaine très actif. La présente thèse se focalise sur les phénomènes de conversion de saveur des neutrinos de supernova. Dans un premier travail, nous avons réalisé le premier calcul complet incluant l'onde de choc et l'auto-interaction des neutrinos pour estimer le flux du fond diffus de neutrinos de supernovae (DSNB) arrivant sur Terre. Ce flux de neutrinos provient de toutes les supernovae qui ont explosé dans l'Univers visible. En variant la valeur du troisième angle !13 de la matrice de mélange UMNSP, nos résultats numériques ont montré que l'onde de choc a un impact significatif sur le flux du DSNB. Nous avons par la même occasion proposé un modèle simplifié qui prend en compte les effets de l'onde de choc et qui pourrait être utilisé pour des calculs futurs de flux du DSNB. Le deuxième travail de cette thèse s'est concentré sur la première dérivation analytique exacte de l'Hamiltonien de matière en présence de l'auto-interaction des neutrinos. Nous avons souligné, pour le cas à deux saveurs, le rôle important tenu par la phase de Dirac !& apparaissant dans la base de matière et nous avons établi une condition sur les éléments de l'Hamiltonien de saveur pour le début des oscillations bipolaires. Dans le troisième travail, utilisant le formalisme des vecteurs polarisations, nous avons identifié une correspondance entre les phénomènes de "spectral split" et de résonance magnétique: les énergies pour lesquelles les critères de résonance magnétique sont remplis subissent une conversion de saveur à l'endroit où le "spectral split" a lieu. Une étude préliminaire du cas à trois saveurs nous indique que la correspondance entre le "spectral split" et la résonance magnétique est toujours présente.
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