Description du sujet de thèse

Titre : Reconstruction des gerbes dans l'état final des interactions des neutrinos et reconstruction de l'énergie dans l'expérience DUNE et dans les détecteurs TPC à argon liquide

Ce projet porte sur la reconstruction de gerbes électromagnétiques à partir de particules à l'état final lors d'interactions des neutrinos dans la chambre à projection temporelle à argon liquide (LAr TPC), comme les détecteurs lointains de l'expérience DUNE. Le projet vise à améliorer les algorithmes de reconstruction actuels afin d'atteindre les performances calorimétriques optimales offertes par la conception et la physique des détecteurs LAr TPC. Cet aspect est fondamental dans l'expérience DUNE pour la résolution en énergie dans les interactions des neutrinos et antineutrinos électroniques. Ces événements sont exploités pour la recherche de violation de CP, en s'appuyant sur le spectre d'énergie du pattern d'oscillation numu-nue dans la région incluant les premier et deuxième maxima d'oscillation. L'asymétrie de CP est plus forte au deuxième maximum d'oscillation, situé à plus basse énergie, où la plupart des interactions neutrino sont quasi-élastiques, où l'énergie du neutrino est pratiquement convertie en énergie de l'électron à l'état final, produisant ainsi une gerbe électromagnétique dans la LAr TPC. Une bonne reconstruction des gerbes électromagnétiques et une bonne résolution en énergie sont fondamentales pour améliorer la sensibilité au pattern des oscillations des neutrinos. L'expérience DUNE s'appuie actuellement sur des algorithmes initialement développés pour des calorimètres à granularité fine associés à un trajectographe central dans des détecteurs conçus pour le futur collisionneur linéaire international (ILC), puis transposés sur DUNE pour la reconstruction des interactions des neutrinos dans l'argon liquide (LAr TPC). Les premières études ont montré les limites de ces algorithmes pour une reconstruction et une association complète de tous les hits des gerbes électromagnétiques dans l'argon liquide, ce qui entraîne des fluctuations de l'énergie reconstruite et une dégradation de la résolution. Ces limitations peuvent être résolues en ajustant les algorithmes, en tenant compte de la physique des gerbes électromagnétiques dans l'argon liquide, où elles couvrent de plus grandes distances, et de la granularité de lecture plus fine de l'argon liquide (LAr TPC) par rapport aux détecteurs pour lesquels ces algorithmes ont été développés. Il est également souhaitable d'exploiter le profil d'ionisation et la topologie de la trace électronique avant la gerbe afin de supprimer le bruit de fond des gerbes initiées par les photons et, plus généralement, d'améliorer la reconstruction des gerbes de photons, la résolution des gerbes hadroniques et la définition de l'arbre traces-gerbes dans les états finaux d'interaction des neutrinos.

Contexte de travail

Le doctorant sélectionné rejoindra le groupe DUNE de l'IP2I, contribuant depuis sa création à l'expérience DUNE et au développement de son détecteur lointain. Il participera aux développements logiciels et analyses pour la reconstruction des gerbes en vue de l'exploitation du premier module de détecteur lointain DUNE dès 2029, et aura également l'opportunité d'exploiter les jeux de données acquis avec les prototypes DUNE à grande échelle du CERN. Ce travail sera mené en collaboration avec le laboratoire IRL PPC de l'Université de Chicago, bénéficiant également de la collaboration de chercheurs américains seniors historiquement impliqués dans les développements en calorimétrie électromagnétique.

Contraintes et risques

Aucun risque identifié