GALLEX, NOMAD, ANTARES

21/01/2003

GALLEX, NOMAD, GALLEX, NOMAD, ANTARESANTARES

Une décennie de Une décennie de neutrinosneutrinos

Th. StolarczykTh. Stolarczyk

CEA/DSM DAPNIA/SPPCEA/DSM DAPNIA/SPP(et APC-Paris VII)(et APC-Paris VII)

21/01/2003 Th. Stolarczyk - Habilitation 2

)eV(m

)Mev(E)m48,2(L 22

L

Lsin2sin1)(P 22

ee

RappelRappel

Les oscillations de neutrinosLes oscillations de neutrinos

2

1

µ

e

θscosinθ

sinθcosθ

21

22

2 mmm

Trois familles :Trois familles : Saveurs : Saveurs : ee, , µµ, ,

Propagation : Propagation : 11, , 22, , 33

À 2 familles :À 2 familles : Angle de mélange :Angle de mélange :

sin22

Écart des masses carrées :Écart des masses carrées :


8888 8989 9090 9191 9292 9393 9494 9595 9696 9797 9898 9999 0000 0101 0202

Une décennie de neutrinosUne décennie de neutrinos

LEP (CERN)LEP (CERN)3 familles3 familles

LEP (CERN)LEP (CERN)3 familles3 familles

GALLEXGALLEX primordiauxprimordiaux

GALLEXGALLEX primordiauxprimordiaux

LSNDLSND ee

LSNDLSND ee

SuperKSuperK atmosph.atmosph.

SuperKSuperK atmosph.atmosph.

DONUTDONUTDécouverte Découverte

DONUTDONUTDécouverte Découverte

SNOSNOOscillations!Oscillations!

SNOSNOOscillations!Oscillations!


Activités hors rechercheActivités hors rechercheNon exhaustif…Non exhaustif…

SFP (1993-2002)SFP (1993-2002) Insertion professionnelle des docteursInsertion professionnelle des docteurs Communication et WebCommunication et Web

ConférencesConférences Eurodoct 91Eurodoct 91 Gif 93 (resp. scientifique)Gif 93 (resp. scientifique) Blois 96 (éditeur)Blois 96 (éditeur) PIF IIIPIF III Journées du DAPNIAJournées du DAPNIA TAUP 99TAUP 99 Neutrino 2004Neutrino 2004

Popularisation…Popularisation…


GALLEXGALLEXDétecter les neutrinos Détecter les neutrinos primordiauxprimordiaux

Étude des bruits de fond Étude des bruits de fond Muon cosmiquesMuon cosmiques Neutrons de la Neutrons de la

radioactivité ambianteradioactivité ambiante Simulation des compteurs Simulation des compteurs Analyse des donnéesAnalyse des données

Collaboration :Collaboration :France (Nice, Saclay), Allemagne, France (Nice, Saclay), Allemagne,

Italie, Israël, USAItalie, Israël, USA 550 collaborateurs0 collaborateurs pp : p + p 2H + e+ + e

pp : p + p 2H + e+ + e


GeCl4 GeH4GeCl4 GeH4

PrincipePrincipeUne expérience radiochimiqueUne expérience radiochimique

ee + + 7171Ga Ga 7171GeGe + e + e--

EE > 233 keV > 233 keV = 16,4 j= 16,4 j Détection du Détection du 7171GeGe

Flux Flux

30 t de gallium30 t de gallium54 m54 m33 de GaCl de GaCl33 + HCl + HCl


EL=1,2 keV

EK= 10,4 keV

71Ge 71Ga

PrincipePrincipeObservation des désintégrations de Observation des désintégrations de 7171GeGe

GeH4+Xe (30%) GeH4+Xe (30%)


Étalonnage des compteursÉtalonnage des compteurs

5 –8 keV

40 – 49 keV

50 –175 keV

4 –6 keV

34, 40 keV

153Gd 153Eu Cérium


Etalonnages :Etalonnages :

Résultats de la simulationRésultats de la simulation

0 4 8 12 Energie (keV)

500

1500

1000

0

No

mb

re d

’évé

ne

me

nts

R=26.4%

R=52.5%

R=19.3%


500

1500

1000

0

No

mb

re d

’évé

ne

me

nts

R=26.4%

R=52.5%

R=19.3%

0 100 200 300 Energie (canaux de l’ADC)

20

40

60

80

0

No

mb

re d

’évé

ne

me

nts

0 100 200 300 Energie (canaux de l’ADC)

20

40

60

80

0

No

mb

re d

’évé

ne

me

nts


4,941

5,261

9,479 1,095

5000

10000

15000

20000

0

No

mb

re d’évén

emen

ts


4,941

5,261

9,479 1,095

5000

10000

15000

20000

0

No

mb

re d’évén

emen

ts

Lignes de champLignes de champRésolutionRésolution

~ 40 raies~ 40 raies 1,06 keV1,06 keV 5,11 keV5,11 keV Accord expérimentalAccord expérimental 9,79 keV9,79 keV

SimuléSimulé

Expérimental

Expérimental

CalculéCalculé


Analyse du Analyse du 7171GeGe

SélectionSélection ÉnergieÉnergie Radon (Radon (=3,8 j) =3,8 j)

« overflow »« overflow » Coupures en tempsCoupures en temps

Radioactivité Radioactivité signal lent signal lent Temps de montéeTemps de montée

Les SNU Les SNU Maximum de vraisemblanceMaximum de vraisemblancebb(cp/jour) + (cp/jour) + (SNU).(SNU).ee-t/-t/

0 < t < Ge71

3.Ge71 < t < 4.Ge71

Énergie (keV)


Validé par les irradiations 51Cr

Résultats finalsRésultats finals À soustraire…À soustraire… atmos atmos : 2,8 : 2,8 ±± 0,6 0,6 NeutronsNeutrons : 0,15 : 0,15 ±± 0,10 0,10 6969Ge Ge : 1,0 : 1,0 ± 1,0± 1,0 Radon Radon : 0,3 ± 0,3: 0,3 ± 0,3 Eff. Radon Eff. Radon : 2,2 ± 1,2: 2,2 ± 1,2

TOTALTOTAL : 6,5 ± 1,7: 6,5 ± 1,7

Net :Net : 77,5 ± 6,2 ± 4,5 77,5 ± 6,2 ± 4,5 ((73 SNU prédits pour 73 SNU prédits pour pppp ))

Prédit :Prédit : ~ 130 SNU~ 130 SNU

65 expositions – 300 71Ge détectés


Résultats finalsRésultats finals

InterprétationInterprétation

pp

Be

B

pp

Be

B

pp

Be

B

SMA

LMA

« Vide »


NOMADNOMADOscillations des Oscillations des en en

Chambres à dériveChambres à dérive R&DR&D Construction et maintenanceConstruction et maintenance Monitorage (et base de données)Monitorage (et base de données)

Étude des électronsÉtude des électrons Identification dans les chambresIdentification dans les chambres Charme en électronCharme en électron

Encadrement de Xavier MéchainEncadrement de Xavier Méchain

Web interne et externeWeb interne et externe CollaborationCollaboration

France, USA, Italie, Allemagne, Russie, CERN, Australie, Croatie, Suisse

160 collaborateurs160 collaborateurs


PrincipePrincipe Faisceau de Faisceau de : :

E E ~20 GeV à L ~1km ~20 GeV à L ~1km mm22 10 eV 10 eV2 2

1,4·101,4·1066 CC (1995CC (19951997)1997)

SignalSignal

ppTT manquant ! manquant !

+ N + N -- + X + X + N + N -- + X + X

1 mm

Mode Pourcentage - 17,4

e-e 17,8

- 11,1 - 22,3 13,8

Mode Pourcentage - 17,4

e-e 17,8

- 11,1 - 22,3 13,8


Le détecteurLe détecteur


Les chambres à dériveLes chambres à dérive

Résolution spatiale : 150 µm


Les chambres à dériveLes chambres à dérive

Construction à SaclayConstruction à Saclay


Le charme en eLe charme en e++ (thèse X. Méchain)(thèse X. Méchain) Mesure du contenu Mesure du contenu

en en ss du nucléon et de du nucléon et de la masse du charmela masse du charme

Comparaison avec Comparaison avec les expériences les expériences précédentes précédentes « Validation » de « Validation » de la détection la détection ee--

ee+ + ee X Xee+ + ee X X

0,5% des interactions 0,5% des interactions -CC-CC


Charme en eCharme en e++

Signal et bruit de fondSignal et bruit de fond

SignalSignal Bruit de fond…Bruit de fond…

……mesuré par :mesuré par :

HH--

ee++

ee

DD++

ee++

ee--

ee++

ee--

, °,

c 100 µm


Sélection de 1 eSélection de 1 e++ (S+B) ou 1 e (S+B) ou 1 e- - (B) au vertex primaire(B) au vertex primaire Données réelles (2Données réelles (2··101066)) MC bruit de fond (2MC bruit de fond (2··101066)) MC avec charme (10MC avec charme (1044))

« Nettoyage » des hadrons« Nettoyage » des hadrons Isolation du signal Isolation du signal

ppc c ee++ > p > p ee++

Angles (eAngles (e++,h,h--) ) hh-- : particule susceptible d’être le e- : particule susceptible d’être le e-

non identifié de la pairenon identifié de la paire Qt (eQt (e++,gerbe hadronique),gerbe hadronique)

Rapport de vraisemblanceRapport de vraisemblance


MéthodeMéthode

565 candidats MC charmeEff = 5,6% (données)

...)x(b)x(b

...)x(s)x(s

)x(b

)x(sL

2211

2211

...)x(b)x(b

...)x(s)x(s

)x(b

)x(sL

2211

2211



Mesure du quark charmeMesure du quark charme MC MC ff(m(mcc, , ))

Mc : masse du charmeMc : masse du charme fraction de mer étrangefraction de mer étrange

Comparaison aux données Comparaison aux données mmcc et et

Expérimental

Expérimental



RésultatsRésultats Bon accord avec les autres mesures Bon accord avec les autres mesures le le

détecteur fonctionnedétecteur fonctionne Taux de production : 0,57%Taux de production : 0,57%

0

0,5

1

1,5

2

2,5

NOMADe+

NOMAD CCFR FMMF CHARMII

CDHS

Mc (GeV)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

NOMADe+

NOMAD CCFR FMMF CHARMII

CDHS

Mc (GeV)

mc = 1,7 ±0,6

= 0,52 ± 0,14

+ -+ -


Résultat de NOMADRésultat de NOMAD1,4·106 + N - + X

1,4·106 + N - + X

P < 1,6 ·10-4P < 1,6 ·10-4


ANTARESANTARESVoir l’Univers en neutrinosVoir l’Univers en neutrinos

Responsable de l’analyse du démonstrateurResponsable de l’analyse du démonstrateur Encadrement d’A. KouchnerEncadrement d’A. Kouchner

Étude des flux diffusÉtude des flux diffus Encadrement d’A. RomeyerEncadrement d’A. Romeyer

Muons dans la ligne secteurMuons dans la ligne secteur Encadrement de S. Saouter et F. JouvenotEncadrement de S. Saouter et F. Jouvenot

ResponsabilitésResponsabilités Coordination de la reconstructionCoordination de la reconstruction Organisation et cohérence des codesOrganisation et cohérence des codes Web externeWeb externe Comité de publicationComité de publication

CollaborationCollaborationGrande Bretagne, Espagne, Pays-Bas, Russie, Italie, Allemagne, France

150 collaborateurs150 collaborateurs


Un nouveau messagerUn nouveau messager

NeutrinoNeutrino Explorations de sources sur des distances cosmologiquesExplorations de sources sur des distances cosmologiques Faible interaction Faible interaction grand volume de détection grand volume de détection

: absorbés (effet GZK) : absorbés (effet GZK) 10 Mpc @ 1010 Mpc @ 101414 eV eV

p : B + effet GZK 50 Mpc @ 1019 eV


Accélérateurs cosmiquesAccélérateurs cosmiques

Pulsars

Supernovae

Noyaux actifs de galaxie

Microquasars

Sursauts gamma

p/A + p/

e e

p/A + p/

e e

e (Compton, Synchrotron)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


DétectionDétection

cosmiquescosmiques ( > 1 TeV) ( > 1 TeV) atmosph.atmosph. atmosph. (10 – 100 atmosph. (10 – 100

GeV)GeV) °°°° (10 – 1000 (10 – 1000

GeV)GeV)


Le détecteurLe détecteur

La Seyne-sur-Mer

60 m

100 m

350 m

12 lignes3x30 PM

-2500 m


Le démonstrateurLe démonstrateur

Premier test Premier test grandeur nature grandeur nature d’une ligned’une ligne(12/99 (12/99 06/00) 06/00)



StabilitéStabilité

Validation :Validation : PositionnementPositionnement Suivi des déformationsSuivi des déformations Contrôle via le câble sous-Contrôle via le câble sous-

marinmarin


Gerbes atmosphériques Gerbes atmosphériques (multi-(multi-))


Monte CarloReconstruit



Reconstruction de muonsReconstruction de muons

Bon accord, malgré :Bon accord, malgré : 7 PMs !7 PMs ! Transmission Transmission

analogiqueanalogique Peu de donnéesPeu de données

(thèse A. Kouchner)(thèse A. Kouchner)


Performances :Performances :

sources ponctuellessources ponctuelles

Résolution angulaire : Résolution angulaire : 0,2° @ E>100,2° @ E>1055 GeV GeV

3e catalogue d’EGRET


Performances :Performances :

Fonds diffus Fonds diffus (thèse A. Romeyer)(thèse A. Romeyer)

ÉnergieÉnergie : : facteur facteur 2 (E 2 (E 10 10

TeV)TeV) facteur facteur 3 (1 - 10 3 (1 - 10

TeV)TeV)

Taux d’événements Taux d’événements (/an)(/an) E>1 TeV :E>1 TeV :

S = 10 – 200S = 10 – 200 B = 300B = 300

E>100 TeV :E>100 TeV : S = 2 – 100S = 2 – 100 B = 2B = 2

Baïkal

Amanda

Antares


CalendrierCalendrier Début 2003 : Début 2003 :

secteur déployé secteur déployé (thèse S. Saouter)(thèse S. Saouter)

04/2003 : prise de 04/2003 : prise de donnéesdonnées

Fin 2003 Fin 2003 1 ligne 1 ligne 2004 2004 10 lignes 10 lignes 2005 2005 12 lignes 12 lignes

vers le kmvers le km33


Quel avenir pour le Quel avenir pour le neutrino ?neutrino ?

SNO SNO oscillationsoscillations

Kamiokande, Kamiokande, SuperK, MacroSuperK, Macro

K2KK2K

Kamland Kamland LMA LMA

ee ++

LSND LSND e e ??

Davis + gallium Davis + gallium + Kamiokande + + Kamiokande + SuperKSuperK

SMA

LMA

Low

Vide


Quel avenir pour le neutrino ?Quel avenir pour le neutrino ?

Demain…Demain…

SNO SNO oscillationsoscillations

Kamland Kamland LMA LMA

Davis + gallium Davis + gallium + Kamiokande + + Kamiokande + SuperKSuperK

Kamiokande, Kamiokande, SuperK, MacroSuperK, Macro

K2KK2K

LSND LSND e e ?? MINIBOONE (2003)MINIBOONE (2003)

Aujourd’hui Demain

MINOS (2004)MINOS (2004)(Fermilab (Fermilab Soudan) Soudan)

OOPERAPERA + I + ICARUSCARUS (2006(2006??))

(CERN(CERNGran Sasso)Gran Sasso)

Borexino (2003)Borexino (2003)

SpectroscopieSpectroscopie(LENS, XMASS, (LENS, XMASS,

HELLAZ, HERON)HELLAZ, HERON)


Quel avenir pour le neutrino ?Quel avenir pour le neutrino ?

Après demain…Après demain… Mesurer les paramètres à trois famillesMesurer les paramètres à trois familles

Soleil : Soleil : mm222121, , 2121

Atmosphérique : Atmosphérique : mm223232, , 3232

mm221313,, 1313<10°<10° (CHOOZ)(CHOOZ)

Violation de CP : Violation de CP : Préciser Préciser 13 13 Superfaisceaux (2008) Superfaisceaux (2008) Hiérarchie de masse, Hiérarchie de masse, Usine à Usine à (2020?) (2020?) Masses absoluesMasses absolues Nature du neutrino (Dirac, Majorana)Nature du neutrino (Dirac, Majorana)


Vue depuis la salle de contrôle d’ANTARES

Documents

GALLEX, NOMAD, ANTARES