Measurement of the leptonic mixing parameter theta13 at the reactor electron antineutrino experiment Double Chooz
Mesure du paramètre de mélange leptonique thêta13 auprès de l'expérience d'antineutrinos de réacteur Double Chooz
Résumé
The Double Chooz experiment aims at measuring the neutrino mixing parameter theta13 by studying the oscillations of electron antineutrinos produced by the Chooz nuclear reactors located in France. The experimental concept consists in comparing the signal of two identical detectors, allowing to cancel most of the experimental systematic uncertainties. The near detector, whose goal is the flux normalization and a measurement without oscillation, is expected to be delivered in 2013. The farthest detector from the source is taking data since April 2011 and is sensitive to theta13, which is expected to affect both the rate and the shape of the measured electron antineutrinos. In this thesis, are first presented the Double Chooz experiment, with its electron antineutrinos source, its detection method, and the expected signal and backgrounds. In order to perform a selection, important quantities have to be reconstructed, calibrated, and saved in data files. The channel time offsets determination, the energy and vertex reconstruction algorithm CocoReco, the reconstruction packages of the Common Trunk, and the light trees maker Cheetah are especially presented. Concerning the data analysis, all the selection cuts and results for signal and backgrounds are discussed, particularly the multiplicity cut, the multiple offtime window method, the lithium veto cut, and the cosmogenic 9Li background studies. The Double Chooz experiment observed 8,249 electrons antineutrino candidates in 227.93 days in its far detector only. The reactor antineutrino flux prediction used the Bugey 4 flux measurement after correction for differences in core composition. The expectation in case of no-oscillation is 8,937 events and this deficit is interpreted as evidence for electron antineutrinos disappearance. From a rate and shape analysis, is found sin^2 (2theta13) = 0.109 +- 0.030 (stat) +- 0.025 (syst), with Delta m31^2 = 2.32 10^-3 eV^2, while the no-oscillation hypothesis is even excluded at 2.9 sigmas.
L'expérience Double Chooz a pour but la mesure de l'angle de mélange thêta13 via l'étude des oscillations d'antineutrinos électroniques produits par les réacteurs nucléaires de Chooz, à l'aide de deux détecteur identiques, permettant ainsi de s'affranchir de la plupart des incertitudes systématiques. Le détecteur proche, dont le but est la normalisation du flux émis, sera opérationnel en 2013, alors que le lointain, qui prend des données depuis avril 2011, est quant à lui sensible à thêta13, c'est-à-dire à un déficit et une déformation spectrale des antineutrinos électroniques détectés. Au sein de cette thèse l'expérience Double Chooz est présentée, avec sa source de neutrino, sa méthode de détection, et les signal et bruits de fond attendus. Afin de sélectionner ces évènements, de nombreuses quantités doivent être reconstruites, étalonnées et sauvegardées dans des fichiers de données. Un soin spécial est donc apporté à la présentation de la détermination des retards en temps des canaux d'acquisition, de l'algorithme de reconstruction d'énergie et de vertex CocoReco, du logiciel compilant les outils de reconstruction Common Trunk et du réducteur de données Cheetah. En ce qui concerne l'analyse, toutes les coupures de sélection et leurs résultats sont présentés. En particulier, la coupure de multiplicité, la méthode des multiples fenêtres en temps décalées, le véto lithium, et les études relatives au bruit de fond 9Li sont discutés. Pour 227,93 jours de données du détecteur lointain, 8249 candidats neutrino ont été observés. La prédiction du flux émis utilise la mesure de l'expérience Bugey 4 en corrigeant des différences de composition des coeurs. En l'absence d'oscillation, 8937 évènements étaient attendus. Ce déficit est interprété comme une disparition d'antineutrinos électroniques. Une analyse utilisant cette information et la déformation spectrale des antineutrinos électroniques donne sin^2 (2thêta13) = 0,109 +- 0,030 (stat) +- 0,025 (syst) pour Delta m31^2 = 2,32 10^-3 eV^2. L'hypothèse de non-oscillation est exclue à 2,9 sigmas.
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