Groupe Neutrino Les n au LAPP STEREO LAPP 16 septembre 2015 OPERA D.Duchesneau Les n au LAPP Le groupe Les activités STEREO WA105 SuperNEMO LAPP 16 septembre 2015

Le groupe Neutrino (sept. 2015) Chercheurs: 4 permanents et 1 émérite : I.de Bonis, P. del Amo Sanchez, D. Duchesneau, Y. Karyotakis, H. Pessard (émérite depuis sept. 2011) 2 postdocs A. Remoto (postdoc ENIGMASS depuis mars 2013 jusqu’à mars 2016) W. El Kanawati (postdoc ANR/IN2P3 depuis janvier 2014 jusqu’à aout 2016) 2 (+1) doctorants: L. Manzanillas (depuis octobre 2013):STEREO soutenance prévue en 2016 Encadrement: P del Amo Sanchez T. Le Noblet (depuis octobre 2014): SuperNEMO soutenance prévue en 2017 Co-encadrement: D. Duchesneau / A. Remoto A. Chappuis (à partir d’octobre 2015): WA105/ DUNE Encadrement: I. de Bonis A noter: J. Favier (ex-émérite et bénévole) est membre du groupe neutrino depuis toujours Les membres des équipes techniques seront donnés par la suite pour chaque activité

Le groupe Neutrino entre 2009 et 2015 Importante évolution dans les activités: De 2009 à 2012: uniquement OPERA Fin 2012: nouvelle orientation et nouveaux objectifs (fin prise de données OPERA): participer à des projets sur des thèmes clés de la physique des neutrinos avec développements techniques et retour scientifique à moyen terme (sur 3-4 ans). STEREO et SuperNEMO Pour le long terme s’impliquer dans une expérience de faisceau longue distance et participer très rapidement au R&D nécessaire: WA105 => DUNE Profite du cadre offert par le développement du pôle neutrino de ENIGMASS avec LPSC, LSM et LAPTh

Fonctionnement du groupe en 2015 Equipes: STEREO: resp. scientifique: Pablo del Amo Sanchez (MCF), Wassila El Kanawati (postdoc), Henri Pessard (EM) Luis Manzanillas (PhD) Jean Favier (ex-EM) SuperNEMO: resp. scientifique: Dominique Duchesneau (DR), Alberto Remoto (postdoc) Thibaud le Noblet (PhD) WA105 / DUNE: resp. scientifique: Dominique Duchesneau (DR), Isabelle de Bonis (MCF) Anne Chappuis (PhD) Yannis Karyotakis (DRCE) J. Yu (prof invité de Arlington TX) Projet en cours de finalisation, terminé fin 2016 : OPERA: resp. scientifique Dominique Duchesneau (DR), Pablo del Amo Sanchez (MCF ), Henri Pessard (EM)

I- OPERA

OPERA 2015 n Activités principales: Chercheurs P. Del Amo Sanchez, D. Duchesneau, H. Pessard Activités principales: Système de manipulation des briques cibles (BMS) dont le LAPP est responsable Contribution aux analyses de physique des oscillations Responsabilités: H. Pessard: membre du comité éditorial ‘Publications and Talks Committee’ D. Duchesneau: membre de l’’Executive Committee’ et deputy chairman du Collaboration Board d’OPERA n 12.5cm 8cm 10cm 8.3 kg 10X0 BMS équipe technique Mécanique: L. Giacobone , F. Peltier Automatisme: I. Monteiro Informatique: T. Le Flour 150 000 briques => 1.3 kt Objectif: finalisation analyse et démontage de la cible en 2015

Confirmation de la découverte de la transition Actualité récente: juin 2015 18 m LA CINQUIÈME TRANSFORMATION DES NEUTRINOS vue par OPERA => découverte de l’apparition de neutrinos tau provenant de l’oscillation de neutrinos muoniques. Bruit de fond attendu: 0.25 evt Hypothèse de non oscillation exclue à plus de 5.1 s Confirmation de la découverte de la transition nm g nt dans un faisceau de nm

OPERA Prévision et évolution des activités au-delà de 2015: Avoir terminé l’engagement technique en février 2016 avec le démontage des manipulateurs et rapatriement de certains composants Coté physique: participer aux discussions des analyses et aux dernières publications en 2016 (et activités PTB)

II- Démonstrateur SuperNEMO

Démonstrateur SuperNemo (depuis 2013) Chercheurs D. Duchesneau, A. Remoto, K. Lang (prof. invité jusqu’en juillet 2015) T. Le Noblet (Doctorant depuis oct 2014) J. Cesar (Texas PhD avril-aout 2015) équipe technique Mécanique: J.M. Dubois, A. Jeremie Informatique: T. Le Flour ,S. Lieunard, J.L. Panazol Electronique: E. Chabanne Responsabilités: E. Chabanne: responsable du ‘Slow Control’ de SuperNEMO A. Jeremie: co-responsable de l’intégration source

SuperNEMO Activités principales: Développement d’une méthode pour produire et optimiser la moitié des feuilles sources de 82Se en collaboration avec le LSM Développement du système de ‘slow control’: bâti sur l’expérience de l’équipe CTA pour développer l’architecture autour des serveurs OPC UA Simulation des performances du démonstrateur en fonction des paramètres des sources Analyse des données de NEMO3 pour l’étude du 116Cd (mesure du bruit de fond dans le secteur du Cd terminé)

SuperNEMO Prévision et évolution des activités au-delà de 2015: Finaliser les procédures de fabrication des bandes sources avec du Selenium purifié et vérifier la radiopureté dans BiPo à Canfranc. Produire la moitié des sources après validation de la technique Installer les sources au LSM d’ici 2016 Développer l’ensemble de l’architecture du système de Monitoring et Controle de l’expérience avec les acteurs de tous les composants du détecteur Mettre en place le système et commencer le commissioning en 2016 Participer aux prises de données et effectuer l’analyse entre 2016 et 2018 L’année 2015 est importante pour le prototypage et l’année 2016 pour l’installation et début de prises de données, analyse Prévision et évolution des personnels au-delà de 2015: A.Remoto élément moteur du groupe aura terminé son contrat dans moins d’un an => solution est à trouver Un renfort est donc absolument nécessaire pour permettre la finalisation des engagements et pouvoir garantir un retour scientifique en exploitant les données.

III- WA105 et Long Baseline

WA105 (a débuté en 2014) Chercheurs I. De Bonis, D. Duchesneau, Y. Karyotakis H. Pessard J. Yu (prof invité de Arlington TX) A. Chappuis (Doctorante à partir de oct 2015) Dans le cadre de projet de Long baseline avec TPC Argon liquide de grand volume. Long terme: (2014-2025) Programme de R&D de détecteur sur la technologie TPC LAr pour futurs détecteurs souterrains => WA105 sur la plateforme neutrino du CERN équipe technique Mécanique: B. Aimard, G. Deleglise IR, N. Geffroy, D. Kietze Automatisme: G. Balik, L. Brunetti Electronique: C. Drancourt

Activités au LAPP: Etude mécanique du système de suspension du plan d’anode TDR: arXiv:1409.4405v1 Vacuum-tight chamber Drive SPFT cross-section Développement du système de contrôle de positionnement du plan d’anode: réalisation du système sur le pré-proto de 3mx1mx1m en 2015 en vue du 6x6x6 m Participation au développement de l ’électronique de lecture des photomultiplicateurs de la lumière de scintillation Etude de la production de lumière de scintillation dans l’argon liquide et développement du logiciel de simulation.

Installation of a membrane tank inside is now in progress 3 x 1 x 1 tank construction Installation of a membrane tank inside is now in progress PD15 9/07/2015 W.H.Trzaska

WA105 Prévision et évolution des activités au-delà de 2015: Construire et installer le système de contrôle du plan d’anode du 3x1x1 au CERN d’ici l’automne 2015. Tests Etude technique de la structure mécanique du plan d’anode du 6x6x6 en 2015-2016 Intégrer la structure et le système de suspension qui aura pu être étudié et validé avec le 3x1x1m Développer les simulations et préparer l’analyse des données du détecteur pour 2017 Installer le système de suspension et commencer le commissioning en 2017 Participer aux prises de données et effectuer l’analyse entre 2017 et 2018 Prévision et évolution des personnels au-delà de 2015: Un postdoc ENIGMASS devrait rejoindre l’équipe d’ici janvier 2016 Participation progressive à DUNE en fonction de l’évolution du projet

WA105 => DUNE Design de TPC DLAr pour DUNE Faisceau de neutrino de Fermilab: 1300 km Design de TPC DLAr pour DUNE Plan de lecture de charge Double-phase de 12m x 60m segmenté L’élément de base est de 3m x 3m  détecteur indépendant avec ses propres passages de signal ,de slow control et son système de suspension indépendant. Suspension 60m 12m 12 kt active LAr mass SC FT Signal FTs e- drift

IV- STEREO

STEREO (depuis mi-2013, ANR) Chercheurs P. del Amo Sanchez, W. El Kanawati, J. Favier, H. Pessard L. Manzanillas (Doctorant depuis oct 2013) équipe technique Mécanique: N. Allemandou, G. Deleglise F. Peltier Automatisme: I. Monteiro Electronique: S. Vilalte Responsabilités: P. del Amo Sanchez est responsable LAPP de l’ANR STEREO H. Pessard membre du comité de publication et talks de STEREO G. Deleglise: responsable intégration mécanique STEREO

Le projet STEREO au LAPP Activités mécaniques: Conception et mise en œuvre des structures de blindage PE et Pb Etude du système de déplacement sur coussins d’air et conception du système du guidage Conception et réalisation d’un système de calibration avec déplacement de sources radioactives g et n Activité électronique: Électronique de lecture et alimentation du PMT dispositif Na-22. Trolley Na-22 & PM holder (Exchangeable part)

Le projet STEREO au LAPP Activités simulation et préparation : Travaux de simulation pour définir le système de calibration par sources (échelle en énergie, uniformité de réponse du détecteur, efficacité de capture des neutrons) Cristal scintillant 5x5x20 mm3 Thèse de L. Manzanillas: Développement du système de calibration par sources de l’expérience STEREO et recherche de neutrinos stériles auprès du réacteur de l’ILL. Etude du bruit de fond pour dimensionnement des blindages PE et Plomb (mesures et simulation)

STEREO Attentes vis-à-vis de l’IN2P3 Suite à la réunion de pilotage STEREO du 13/01/15 : STEREO devrait devenir une expérience IN2P3 Financement : 25 k€ contribution IN2P3 en 2015 au projet Prévision et évolution des activités au-delà de 2015: Réaliser le prototype de système de calibration au LAPP (mécanique, introduction et positionnement des sources) Installer le système calibration, assembler les blindages PE et Pb à l’ILL d’ici 2016 Exploiter et maintenir le système de calibration par sources ; analyser les données neutrinos réacteurs (2016 – 2017) Prévision et évolution des personnels au-delà de 2015: L’équipe diminuera fortement après octobre 2016 avec les départs du postdoc et du thésard. L’analyse des données sera en cours => un nouveau thésard et/ou postdoc devra être envisagé.

Synthèse

Neutrino activity Timeline (mars 2015) 2009 2012 2014 2016 2018 2020 CNGS run / analysis Analysis dismounting OPERA Design / prototype Construction Commissioning Run /Analysis STEREO R&D source & Slow control Construction Commissioning Run /Analysis Next SuperNemo modules? SuperNEMO Design and pre-proto 3x1m Construction Commissioning Run /Analysis Technology validated WA105 Today DUNE detector construction Nombre de chercheurs 6: 5 perm + 1 PhD 3: 2 perm + 1Em 7: 3 perm +2 postdoc + 1 PhD + 1em 7: 4 perm +1 postdoc + 2 PhD + 1em 4 : 4 perm + 1 PhD +??

Résumé Le groupe a défini ses objectifs à moyen et long terme: Terminer OPERA en 2016 avec démontage (implique l’équipe technique 1 semaine) Réaliser le projet STEREO; prototype de système de calibration au LAPP (mécanique, introduction et positionnement des sources) ; faire fonctionner, maintenir le système de calibration par sources et analyser les données réacteurs d’ici 2018. Terminer les développements techniques des sources de SuperNEMO en 2015 pour installer celles qui seront produites après validation. Finaliser le système de contrôle commande du démonstrateur SuperNEMO pour permettre à la collaboration de gérer le détecteur. Analyser les données du démonstrateur, bruit de fond, événements à 2 neutrinos pour démontrer le potentiel d’un tel détecteur d’ici 2018. (résultats peuvent influer sur la suite) Simpliquer activement dans le R&D TPC argon liquide et l’option double phase avec comme objectif de réaliser le prototype de 6mx6mx6m WA105 pour faisceau de particules chargées en 2018. Préparer le futur de l’ensemble du groupe vers le projet de faisceau longue distance pour la hiérarchie de masse et la violation CP: expérience DUNE 27 Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 27

FIN

Physique des neutrinos: encore de nombreuses questions fondamentales ● quelle est l’échelle de masse absolue? - fondamental pour cosmologie et le schéma d’unification des interactions ● les neutrinos sont-ils leur propre antiparticule (Majorana) ou pas (Dirac) ? - si Majorana => violation du nombre leptonique, conséquence théorique (leptogénèse, GUT) double désintégration beta sans émission de n (possible indice sur masse et hiérarchie) ● La symétrie CP est-elle violée dans le secteur des leptons? - i.e. a-t-on P(na  nb) ≠ P(nanb) dans le vide? condition nécessaire pour la leptogénèse expériences faisceau long baseline car CP due à termes d’oscillation sous-dominants ● Quelle est la hiérarchie de masse? - essentiel pour la quête de la violation CP Distinguée par effet de matière sur oscillations (long baseline, atmosphérique…) ● Existe-t-il plus de 3 neutrinos, quelle est l’origine des anomalies observées? - certaines données expérimentales suggèrent neutrino(s) stérile(s) de masse de l’ordre d’ 1eV Expériences d’oscillation courte distance sur réacteurs, avec sources intenses ou sur accélérateurs