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Université Claude Bernard - Lyon I (10/12/1998), Delorme J. (Dir.)
De l'effet des interactions nucléaires dans les réactions de neutrinos sur des cibles d'oxygène et de son rôle dans l'anomalie des neutrinos atmosphèriques
Jacques Marteau1
(10/12/1998)

Les neutrinos atmosphériques sont produits lors d'interactions de particules cosmiques sur les noyaux de l'atmosphère terrestre. La détection de ces neutrinos sur Terre est effectuée pour une bonne part au moyen de grands détecteurs Cerenkov à eau. Les résultats de plusieurs générations de tels détecteurs ont permis de mettre en évidence un déficit entre le nombre de neutrinos atmosphériques de type muonique détectés et les prévisions théoriques. Ceci se traduit par un rapport entre les neutrinos de type muonique et les neutrinos de type électronique inférieur aux calculs théoriques (jusqu'à un facteur 2) et constitue l'anomalie des neutrinos atmosphériques. Cette anomalie pourrait se rapprocher de celle que de nombreuses expériences ont relevée dans la détection des neutrinos solaires. Si tel était le cas, des interprétations en terme d'oscillations de neutrinos sur le trajet séparant leurs lieux de production et de détection se révèleraient adéquates. Ces phénomènes d'oscillations supposent l'existence de neutrino(s) massif(s) et nécessitent donc l'introduction de mécanismes théoriques dépassant le cadre du Modèle Standard minimal. Le but de ce travail est d'évaluer les effets de la physique nucléaire dans les interactions entre les neutrinos et les noyaux d'oxygène des détecteurs Cerenkov à eau. Les produits de ces interactions, s'ils sont émis au-dessus du seuil Cerenkov, sont détectés et identifiés au moyen de l'anneau de lumière Cerenkov qu'ils génèrent. Les événements sont ensuite classés suivant le nombre d'anneaux engendrés. Il est donc indispensable de calculer les taux d'événements neutrino-oxygène dans chaque canal de réaction exclusif. L'interprétation des résultats expérimentaux est en général menée dans le canal quasi-élastique et celui de la résonance Delta. Au-delà de cette approximation, il existe d'autres canaux de réactions, sans pion dans l'état final notamment, qui viennent fausser l'analyse et qu'il faut évaluer convenablement. Pour atteindre ces différents objectifs nous utilisons le formalisme des réponses nucléaires. Nous adoptons une démarche semi-classique permettant d'inclure de manière économique la nature corrélée du milieu nucléaire par des méthodes de type RPA. Les résultats que nous avons obtenus montrent que l'inclusion des corrélations nucléaires modifie de manière importante les sections efficaces et les taux d'interaction absolus neutrino-oxygène dans le canal inclusif et dans les canaux exclusifs et que le rapport des taux d'interaction mu/e reste peu affecté par ces effets nucléaires. L'analyse des canaux partiels a permis de plus de démontrer que le nombre d'événements ayant un pion dans l'état final est nettement surestimé dans les simulations actuelles. En conclusion ce travail a permis de mettre en évidence l'importance de l'effet des corrélations dans l'interaction neutrino-oxygène et son impact sur l'anomalie des neutrinos atmosphériques. Il dépasse le cadre d'approximations couramment utilisé dans ce domaine et peut en outre être étendu à différents noyaux-cibles, tels que le fer, déjà utilisé dans des expériences antérieures. Ceci en fait un outil intéressant et prédictif pour les futures expériences de détection des neutrinos, basées sur des détecteurs utilisant différents types de cibles.
1 :  IPNL - Institut de Physique Nucléaire de Lyon
Physique/Physique mathématique
Theorie – Neutrinos
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