21/01/2003 GALLEX, NOMAD, ANTARES Une décennie de neutrinos Th. Stolarczyk CEA/DSM DAPNIA/SPP (et APC-Paris VII)

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1 21/01/2003 GALLEX, NOMAD, ANTARES Une décennie de neutrinos Th. Stolarczyk CEA/DSM DAPNIA/SPP (et APC-Paris VII)

2 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation2 Rappel Les oscillations de neutrinos Trois familles : Trois familles : Saveurs : e, µ,  Saveurs : e, µ,  Propagation : 1, 2, 3 Propagation : 1, 2, 3 À 2 familles : À 2 familles : Angle de mélange :  Angle de mélange :  sin 2 2  Écart des masses carrées : Écart des masses carrées :

3 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation3888990919293949596979899000102 Une décennie de neutrinos LEP (CERN) 3 familles LEP (CERN) 3 familles GALLEX primordiaux primordiauxGALLEX LSND     e LSND SuperK atmosph. atmosph.SuperK DONUT Découverte  DONUT SNOOscillations!SNOOscillations!

4 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation4 Activités hors recherche Non exhaustif… SFP (1993-2002) SFP (1993-2002) Insertion professionnelle des docteurs Insertion professionnelle des docteurs Communication et Web Communication et Web Conférences Conférences Eurodoct 91 Eurodoct 91 Gif 93 (resp. scientifique) Gif 93 (resp. scientifique) Blois 96 (éditeur) Blois 96 (éditeur) PIF III PIF III Journées du DAPNIA Journées du DAPNIA TAUP 99 TAUP 99 Neutrino 2004 Neutrino 2004 Popularisation… Popularisation…

5 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation5 GALLEX Détecter les neutrinos primordiaux Étude des bruits de fond Étude des bruits de fond Muon cosmiques Muon cosmiques Neutrons de la radioactivité ambiante Neutrons de la radioactivité ambiante Simulation des compteurs Simulation des compteurs Analyse des données Analyse des données Collaboration : Collaboration : France (Nice, Saclay), Allemagne, Italie, Israël, USA 5 0 collaborateurs pp : p + p  2 H + e + + e

6 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation6  GeCl 4  GeH 4 Principe Une expérience radiochimique e + 71 Ga  71 Ge + e - e + 71 Ga  71 Ge + e - E > 233 keV E > 233 keV  = 16,4 j  = 16,4 j Détection du 71 Ge  Flux Détection du 71 Ge  Flux 30 t de gallium 54 m 3 de GaCl 3 + HCl 30 t de gallium 54 m 3 de GaCl 3 + HCl

7 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation7 E L =1,2 keV E K = 10,4 keV 71 Ge  71 Ga Principe Observation des désintégrations de 71 Ge GeH 4 +Xe (30%)

8 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation8 Étalonnage des compteurs 5 –8 keV 40 – 49 keV 50 –175 keV 4 –6 keV 34, 40 keV 153 Gd  153 Eu Cérium

9 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation9 Etalonnages : Résultats de la simulation Lignes de champ Résolution ~ 40 raies 1,06 keV 1,06 keV 5,11 keVAccord expérimental 5,11 keVAccord expérimental 9,79 keV 9,79 keV Simulé Expérimental Calculé

10 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation10 Analyse du 71 Ge Sélection Sélection Énergie Énergie Radon (  =3,8 j)  « overflow » Radon (  =3,8 j)  « overflow » Coupures en temps Coupures en temps Radioactivité  signal lent Radioactivité  signal lent Temps de montée Temps de montée Les SNU Les SNU Maximum de vraisemblance Maximum de vraisemblance b(cp/jour) +  (SNU).e -t/  0 < t <  Ge 71 3.  Ge 71 < t < 4.  Ge 71 Énergie (keV)

11 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation11 Validé par les irradiations 51 Cr Résultats finals À soustraire… À soustraire…  atmos : 2,8 ± 0,6  atmos : 2,8 ± 0,6 Neutrons: 0,15 ± 0,10 Neutrons: 0,15 ± 0,10 69 Ge : 1,0 ± 1,0 69 Ge : 1,0 ± 1,0 Radon : 0,3 ± 0,3 Radon : 0,3 ± 0,3 Eff. Radon : 2,2 ± 1,2 Eff. Radon : 2,2 ± 1,2 TOTAL: 6,5 ± 1,7 TOTAL: 6,5 ± 1,7 Net : 77,5 ± 6,2 ± 4,5 (  73 SNU prédits pour pp ) Net : 77,5 ± 6,2 ± 4,5 (  73 SNU prédits pour pp ) Prédit : ~ 130 SNU Prédit : ~ 130 SNU 65 expositions – 300 71 Ge détectés

12 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation12 Résultats finals Interprétation pp Be B pp Be B pp Be B SMA LMA « Vide »

13 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation13 NOMAD Oscillations des  en  Chambres à dérive Chambres à dérive R&D R&D Construction et maintenance Construction et maintenance Monitorage (et base de données) Monitorage (et base de données) Étude des électrons Étude des électrons Identification dans les chambres Identification dans les chambres Charme en électron Charme en électron Encadrement de Xavier Méchain Encadrement de Xavier Méchain Web interne et externe Web interne et externe Collaboration Collaboration 160 collaborateurs France, USA, Italie, Allemagne, Russie, CERN, Australie, Croatie, Suisse  160 collaborateurs

14 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation14 Principe Faisceau de  : Faisceau de  : E ~20 GeV à L ~1km   m 2  10 eV 2 E ~20 GeV à L ~1km   m 2  10 eV 2 1,4·10 6  CC (1995  1997) 1,4·10 6  CC (1995  1997) Signal Signal  p T manquant !    + N   - + X    + N   - + X   1 mm

15 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation15 Le détecteur

16 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation16 Les chambres à dérive Résolution spatiale :  150 µm

17 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation17 Les chambres à dérive Construction à Saclay

18 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation18 Le charme en e + (thèse X. Méchain) Mesure du contenu en s du nucléon et de la masse du charme Comparaison avec les expériences précédentes  « Validation » de la détection  e - e + e X 0,5% des interactions  -CC

19 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation19 Charme en e + Signal et bruit de fond Signal Signal Bruit de fond… …mesuré par : H-H-H-H- e+e+e+e+ e D+D+D+D+ e+e+e+e+ e-e-e-e- e+e+e+e+ e-e-e-e- ,  °,  c   100 µm

20 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation20 Sélection de 1 e + (S+B) ou 1 e - (B) au vertex primaire Sélection de 1 e + (S+B) ou 1 e - (B) au vertex primaire Données réelles (2 · 10 6 ) Données réelles (2 · 10 6 ) MC bruit de fond (2 · 10 6 ) MC bruit de fond (2 · 10 6 ) MC avec charme (10 4 ) MC avec charme (10 4 ) « Nettoyage » des hadrons « Nettoyage » des hadrons Isolation du signal Isolation du signal p c  e + > p e + p c  e + > p e + Angles (e +,h - ) Angles (e +,h - ) h - : particule susceptible d’être le e- non identifié de la paire h - : particule susceptible d’être le e- non identifié de la paire Qt (e +,gerbe hadronique) Qt (e +,gerbe hadronique) Rapport de vraisemblance Rapport de vraisemblance Charme en e + Méthode 565 candidats MC charme Eff = 5,6% (données)

21 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation21 Charme en e + Mesure du quark charme MC  f (m c,  ) MC  f (m c,  ) Mc : masse du charme Mc : masse du charme  fraction de mer étrange  fraction de mer étrange Comparaison aux données  m c et  Comparaison aux données  m c et  Expérimental

22 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation22 Charme en e + Résultats Bon accord avec les autres mesures  le détecteur fonctionne Bon accord avec les autres mesures  le détecteur fonctionne Taux de production : 0,57% Taux de production : 0,57% m c = 1,7 ±0,6  = 0,52 ± 0,14  +  -

23 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation23 Résultat de NOMAD 1,4·10 6   + N   - + X P  < 1,6 ·10 -4

24 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation24 ANTARES Voir l’Univers en neutrinos Responsable de l’analyse du démonstrateur Responsable de l’analyse du démonstrateur Encadrement d’A. Kouchner Encadrement d’A. Kouchner Étude des flux diffus Étude des flux diffus Encadrement d’A. Romeyer Encadrement d’A. Romeyer Muons dans la ligne secteur Muons dans la ligne secteur Encadrement de S. Saouter et F. Jouvenot Encadrement de S. Saouter et F. Jouvenot Responsabilités Responsabilités Coordination de la reconstruction Coordination de la reconstruction Organisation et cohérence des codes Organisation et cohérence des codes Web externe Web externe Comité de publication Comité de publication Collaboration Collaboration 150 collaborateurs Grande Bretagne, Espagne, Pays-Bas, Russie, Italie, Allemagne, France  150 collaborateurs

25 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation25 Un nouveau messager Neutrino Neutrino Explorations de sources sur des distances cosmologiques Explorations de sources sur des distances cosmologiques Faible interaction  grand volume de détection Faible interaction  grand volume de détection  : absorbés (effet GZK)  10 Mpc @ 10 14 eV p : B + effet GZK  50 Mpc @ 10 19 eV

26 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation26 Accélérateurs cosmiques Pulsars Supernovae Noyaux actifs de galaxie Microquasars Sursauts gamma p/A + p/              e e p/A + p/              e e e   (Compton, Synchrotron) G A L A C T I Q U E E X T R A - G A L A C T I Q U E

27 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation27 Détection cosmiques ( > 1 TeV) cosmiques ( > 1 TeV)  atmosph.  atmosph. atmosph. (10 – 100 GeV) atmosph. (10 – 100 GeV)  °  °  (10 – 1000 GeV)  °  °  (10 – 1000 GeV)

28 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation28 Le détecteur La Seyne-sur-Mer 60 m 100 m 350 m 12 lignes 3x30 PM -2500 m

29 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation29 Le démonstrateur Premier test grandeur nature d’une ligne (12/99  06/00) Premier test grandeur nature d’une ligne (12/99  06/00)

30 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation30 Le démonstrateur Stabilité Validation : Validation : Positionnement Positionnement Suivi des déformations Suivi des déformations Contrôle via le câble sous-marin Contrôle via le câble sous-marin

31 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation31 Gerbes atmosphériques (multi-  )

32 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation32 Monte Carlo Reconstruit

33 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation33 Le démonstrateur Reconstruction de muons Bon accord, malgré : Bon accord, malgré : 7 PMs ! 7 PMs ! Transmission analogique Transmission analogique Peu de données Peu de données (thèse A. Kouchner) (thèse A. Kouchner)

34 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation34 Performances : sources ponctuelles Résolution angulaire : 0,2° @ E>10 5 GeV 3e catalogue d’EGRET

35 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation35 Performances : Fonds diffus (thèse A. Romeyer) Énergie : Énergie : facteur  2 (E  10 TeV) facteur  2 (E  10 TeV) facteur  3 (1 - 10 TeV) facteur  3 (1 - 10 TeV) Taux d’événements (/an) Taux d’événements (/an) E>1 TeV : E>1 TeV : S = 10 – 200 S = 10 – 200 B = 300 B = 300 E>100 TeV : E>100 TeV : S = 2 – 100 S = 2 – 100 B = 2 B = 2 Baïkal Amanda Antares

36 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation36 Calendrier Début 2003 : secteur déployé (thèse S. Saouter) Début 2003 : secteur déployé (thèse S. Saouter)  04/2003 : prise de données  04/2003 : prise de données Fin 2003  1 ligne Fin 2003  1 ligne 2004  10 lignes 2004  10 lignes 2005  12 lignes 2005  12 lignes  vers le km 3  vers le km 3

37 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation37 Quel avenir pour le neutrino ? SNO  oscillations Kamiokande, SuperK, Macro K2K Kamland  LMA       e   +   e   +   LSND     e ? Davis + gallium + Kamiokande + SuperK SMA LMA Low Vide

38 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation38 Quel avenir pour le neutrino ? Demain… SNO  oscillations Kamland  LMA Davis + gallium + Kamiokande + SuperK Kamiokande, SuperK, Macro K2K LSND     e ? MINIBOONE (2003) Aujourd’huiDemain MINOS (2004) (Fermilab  Soudan) O PERA + I CARUS (2006?) (CERN  Gran Sasso) Borexino (2003) Spectroscopie (LENS, XMASS, HELLAZ, HERON)

39 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation39 Quel avenir pour le neutrino ? Après demain… Mesurer les paramètres à trois familles Mesurer les paramètres à trois familles Soleil :  m 2 21,  21 Soleil :  m 2 21,  21 Atmosphérique :  m 2 32,  32 Atmosphérique :  m 2 32,  32  m 2 13,  13 <10° (CHOOZ)  m 2 13,  13 <10° (CHOOZ) Violation de CP :  Violation de CP :  Préciser  13  Superfaisceaux (2008) Préciser  13  Superfaisceaux (2008) Hiérarchie de masse,   Usine à (2020?) Hiérarchie de masse,   Usine à (2020?) Masses absolues Masses absolues Nature du neutrino (Dirac, Majorana) Nature du neutrino (Dirac, Majorana)

40 21/01/2003Th. Stolarczyk - Habilitation40 Vue depuis la salle de contrôle d’ANTARES