Les oscillations de neutrinos Le faisceau de neutrinos CNGS

1. Première analyse du canal   3 hadrons dans l’expérience OPERA Murièle LAVY directeur de thèse : Dominique DUCHESNEAU • Les oscillations de neutrinos • Le faisceau de neutrinos CNGS • L’expérience OPERA : motivations et principe • Canal de désintégration hadronique du lepton  Journées Jeunes Chercheurs

2. 2 paramètres :sin22,angle  de mélange entre 2 saveurs m2, différence des 2 masses au carré Les oscillations de neutrinos Si les neutrinos ont une masse, les états propres électrofaibles(e,,) se décomposent sur une base d’états propres de masse (1,2,3) Uj est la matrice de mélange probabilité d ’oscillation  Journées Jeunes Chercheurs

3. q n n Les oscillations de neutrinos • Neutrinos solaires :SNO,GALLEX...déficit de neutrinosneSNO : évidence du changement de saveurKamland (réacteur) confirme disparition, compatible avec oscillation • Neutrinos atmosphériques :Super-Kamiokande, Soudan2, Macro disparition de neutrinos nConfirmation avec les expériences «long baseline» : Opera, Minos pas d’oscillations Nnm-Nnm  0 nm  oscillation  meilleur ajustement aux données  m232 et 23 Journées Jeunes Chercheurs

4. Le faisceau de neutrinos CNGS faisceau de neutrinos  part du CERNvers le Gran Sasso (732 km) Pour observer l’apparition de neutrinos  <En> = 18 GeV Intensité possible* : 6,7.1019 protons sur cible Nombre d’évènements attendus dans le détecteur OPERA pour 1 an  CC ~ 36  CC ~ 8000 (m2 = 2.410-3 eV2) Faisceau prêt en juin 2006 Journées Jeunes Chercheurs * : à l’étude actuellement

5. Le faisceau de neutrinos CNGS Gran Sasso est un laboratoire souterrain (120 km de Rome) ICARUS 1400 m  3800 m d’eau La montagne protège des rayons cosmiques OPERA Journées Jeunes Chercheurs

6. p,e,m ne nm t nt nt p,n,p,K... L’expérience OPERA Objectif : mise en évidence des oscillations  Principe : observation de la désintégration du t. granularité : ~ m brique (56 Pb/Em. “cells”) avec des émulsions photographiques cible : 1,8 ktonnes 8 cm (10X0) Journées Jeunes Chercheurs

7. 2 2 D e channel Background Signal ( m (eV )) .BR - 3 - 3 - 3 1.3 10 2.0 10 3.0 10 e 1.8 4.1 9.2 3.4% 0.31 m 1.4 3.4 7.6 2.8% 0.33 h 1.5 3.5 7.8 2.9% 0.42 total 4.7 11.0 24.6 9.1% 1.06 Performances du détecteur OPERA -  -BR=17.5% - e e-BR=17.5%- h-BR= 50 % Bruit de fond : • Désintégrations charmées • m à grand angle de diffusion • re-interactions de hadrons 95 % de CL et 5 ans de données Journées Jeunes Chercheurs

8. Canal de désintégration   3 hadrons Bruit de fond principal provient des particules charmées produites dans les interactions nm CC. • D+, D+s , L+c = 3.3% des interactions nm courant chargé = 264 évènements par an • 95% des muons avec pm > 1 GeV sont détectés Signal : t -h-h+h-nt BR(t 3h) = 15%  Topologie très similaire - t-   c Journées Jeunes Chercheurs

9. /charm Critèrecinématique 3 hadrons prongtot Coupure 1 : prongtot > 0.02 rad Journées Jeunes Chercheurs

10. DIS eventst3h3h ccharmCCPurity Nprong > 2+95% +long decay30%82.4%10.547% + prongtot > 0.2 rad 24% 6.5 1.6% 7 48% +pprongtransv> 0.3 GeV 20% 5.5 1.1% 4.5 53% + Eprongtot> 7 GeV 13% 3.5 0.6% 2.5 59% Résultats de l’analyse cinématique coupures séquentielles Énergie totale Signal+fond  Bruit de fond # évènements attendus dans le détecteur OPERA pour 5 ans D+ Ds+ charm 40% 53% c+ • Efficacité  = 13% • Pureté p = 59% 7% Journées Jeunes Chercheurs

11. Analyse préliminaire du canal 3h avec la méthode du rapport de vraisemblance • 4 variables utilisées : • Angle total • Impulsion transverse totale • Énergie totale • Énergie totale de la gerbe hadronique des particules issues de la désintégration des particules charmées ou du tau Journées Jeunes Chercheurs

12. Résultats préliminaires avec la méthode du rapport de vraisemblance 4 variables utilisées pour construire un rapport de « likelihood »   : t 3h charm Cut 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 e (%) 29 29 24 14 2 p (%) 45 47 54 64 79 R purity  résultats améliorés :e = 14%, p=64% Améliorations : plus de variables et ajustements efficiency R Journées Jeunes Chercheurs

13. p+ Y-Z view m- p- K+ EM shower X-Z view Conclusions interaction nmCC • Outils d’analyse • Simulation du détecteur • sous-détecteur : briques  • Reconstruction de variables cinématiques • MCS( voir proceeding) • Reconstruction de gerbes(à venir) • Analyse du canal de désintégration hadronique  hhh • Bruit de fond pour ce canal • Extraction du signal (en cours) • Performance de ce canal,calcul de sensitivité Journées Jeunes Chercheurs

14. /charm Critèrecinématique 3 hadrons (2) Coupure 2 : pprongtransv > 0.3 GeV Journées Jeunes Chercheurs

15. /charm Critèrecinématique 3 hadrons (3) coupure 3: Eprong > 7 GeV Journées Jeunes Chercheurs

16. Résultats préliminaires avec la méthode du maximum de vraisemblance 3 variables utilisées pour construire un rapport de « likelihood »   : t 3h charm Cut 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 e (%) 29 29 23 13 0.8 p (%) 45 45 52 64 76 R purity  résultats plus convaincants :e = 13%, p=64% Améliorations : plus de variables et ajustements efficiency R Journées Jeunes Chercheurs

17. t /charm n Dz dz Qu’est-ce que « désintégration longue » dans OPERA ? Le vertexde l’interaction neutrino est généré de manière aléatoire dans les plaques de plomb Dz= distance en z entre le premier et le deuxième vertex dz = distance entre le premier vertex et le film d’émulsion “long decays”  Dz - dz > 300 microns e (t)= 30 % e (charm)= 32 % Journées Jeunes Chercheurs