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Contour d’exclusion final du neutrino stérile léger avec l’échantillon complet de STEREO

Le stage proposé concerne la physique des neutrinos et se fera au sein de l’équipe neutrino du LAPP. Plusieurs indices suggérant l’existence d’un neutrino stérile de masse autour de 1 eV s’accumulaient au début des années 2010. En 2011, des calculs actualisés des flux de neutrinos issus des réacteurs nucléaires montraient un déficit significatif de 6% des flux observés par rapport aux prédictions (« anomalie réacteur »). Un déficit similaire avait été remarqué lors de l’étalonnage, à l’aide de sources très intenses émettrices de neutrinos, d’expériences dont la cible était l’élément gallium (« anomalie Gallium »). Ces deux observations rappelaient les premières indications concernant les neutrinos du soleil, qui avaient mené quelques décennies plus tard à la découverte des oscillations des neutrinos. Ensemble, les deux anomalies semblaient suggérer qu’une partie des neutrinos échappait à la détection en oscillant en un type de neutrino dit « stérile », dont la probabilité d’interaction est bien inférieure à celle des neutrinos standard. Plusieurs expériences furent construites pour confirmer ou infirmer cette hypothèse du neutrino stérile : STEREO, DANSS, SoLid, et PROSPECT, parmi d’autres.

L’expérience STEREO, installée auprès du réacteur nucléaire de l’Institut Laue-Langevin à Grenoble, s’appuyait sur un détecteur segmenté dans la direction de propagation des neutrinos et utilisait une technologie éprouvée : un liquide scintillant dopé au gadolinium. La prise de données a eu lieu entre 2016 et la fin 2020, et l’exploitation de ces données est en phase de finalisation par la collaboration.

Une nouvelle approche de l’analyse statistique de ces données, développée au LAPP en 2021, et l’exclusion du neutrino stérile qui en découle, n’ont pu être appliqués qu’à la première moitié des données enregistrées par STEREO. Dans un premier temps, le travail de stage consistera en l’extension de cette analyse à l’échantillon complet. Une ouverture possible est l’inclusion des données de l’expérience PROSPECT en vue d’une analyse globale, si les discussions avec les collègues de cette expérience aboutissent.

Indication éventuelle d’ouverture vers un sujet de thèse : Ce stage peut déboucher sur un sujet de thèse comprenant deux volets. Le premier est la finalisation de l’analyse globale d’oscillation des données PROSPECT et STEREO. Le deuxième concerne le détecteur ProtoDUNE Vertical Drift, qui est en développement au CERN et dont l’équipe du LAPP est un élément moteur. Le but de cette deuxième partie du travail est d’étudier la réponse du détecteur à l’aide des données faisceau qui seront collectés en 2024, apporter une contribution à une meilleure reconstruction et compréhension de ces données, et développer un des multiples sujets de physique qui seront abordés dans l’expérience DUNE.

  • Encadrants : Pablo Del Amo Sanchez
  • Contact : delamo@lapp.in2p3.fr
  • Téléphone : 04 50 09 17 32