Fiche-These-DChooz-2010

Alessandra Tonazzo

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• Publié par: Usle
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• Langue: Français

Extrait

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Titre de la thèse: Expérience Double Chooz: effets des incertitudes liées à la connaissance du spectre dantineutrinos émis par le réacteur sur la mesure des oscillations.   Directeur de thèse et coordonnées :

- Lydie Giot  SUBATECH, 4 rue Alfred Kastler, La Chantrerie, 44307 Nantes  Tel : [phone], [e-mail]  - Alessandra Tonazzo  APC, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75205 Paris cedex 13  Tel : [phone], [e-mail] 

Lieu du travail:APC, Paris et SUBATECH, Nantes

Déplacements éventuels : Site de lexpérience (Chooz), Réunions de Collaborations en France et à létranger  Thème de recherche :Physique des neutrinos, physique des réacteurs

Sujet et nature du travail proposé :

Résumé   Ce sujet de thèse, dans une expérience à la pointe de la recherche mondiale sur les neutrinos, est un sujet interdisciplinaire qui sinscrit à la fois dans la physique des particules, la physique nucléaire et la physique des réacteurs. Le sujet sappuie sur les expertises complémentaires développées par les laboratoires de lAPC et Subatech: détection de particules, analyses dexpériences dédiées aux neutrinos, techniques de simulation de coeurs de réacteurs... La thèse se déroulera donc en partie au laboratoire Subatech à Nantes et le restant du temps à lAPC avec de fréquents séjours sur le site de lexpérience à Chooz dans les Ardennes.   Contexte de la thèse   Aucours de la dernière décennie, plusieurs expériences ont confirmé le caractère massif des neutrinos. Ces expériences ont mesuré leur capacité à changer de saveur leptonique. Les paramètres de ces oscillations de saveur sont désormais connus en majorité, il reste cependant une forte incertitude quant à la valeur de langle de mélangeθ 13 , dont la valeur est critique pour les modèles de particules.Double Chooz se propose de mesurer ce paramètre par la comparaison précise des flux dantineutrinos électroniques à deux distances différentes des coeurs de la centrale. Deux détecteurs identiques sont indispensables, lun à environ 400 m et lautre à 1 000 m des coeurs de la centrale pour étudier le changement de saveur des neutrinos émis. Dès le début de l'année 2010, Double Chooz serait la première expérience au monde à explorer directement cette oscillation avec une précision sans précédents.  Ledétecteur lointain de Double Chooz est actuellement en phase d'installation et les premières données sont attendues au début de l'année 2010. Celles-ci seront, avant la mise en fonction du détecteur proche, comparées aux prédictions de simulations de coeur de réacteur. L'étudiant aura donc lapossibilité unique departiciper à toutes les étapes d'une expérience de physique desparticules: installation, mise en route et surtout la prise des données et leur analyse. 

Sujet de la thèse   Lorsde la première phase de lexpérience, seul le détecteur lointain mesurera les antineutrinos provenant des réacteurs. Ces mesures devront donc être comparées à un flux et un spectre en énergie des antineutrinos émis par les réacteurs obtenus par simulation, en attendant la mise en service du détecteur proche en 2011. Cette thèse est réalisée en étroite collaboration entre les laboratoires de lAPC (Paris) et Subatech (Nantes). Une première partie de la thèse, en collaboration avec léquipe de Subatech à Nantes, consistera à travailler sur les spectres dantineutrinos simulés et lestimation des erreurs systématiques associées aux prédictions des taux de fission des noyaux fissiles présents dans le coeur du réacteur. Une seconde partie, en collaboration avec le laboratoire APC de Paris, visera à évaluer limpact de ces erreurs systématiques sur la mesure des oscillations des neutrinos par différentes méthodes statistiques.   Le(la)doctorant(e) aura un rôle très actif dans cette première phase de lexpérience Double Chooz, à la fois dans le processus de prise des données et dans la simulation des spectres des antineutrinos. 

 Il(elle) devra notamment simuler les spectres dantineutrinos émis par les réacteurs de la centrale de Chooz dans les mêmes conditions de fonctionnement que pendant les différents runs de prises de données. Une simulation de coeur complet de réacteur à eau pressurisée du même type que ceux de la centrale de Chooz a déjà été développée à laide du progiciel MCNP Utility for Reactor Evolution (MURE) au laboratoire Subatech. Le code MURE, ensemble de routines en C++, est basé sur le code de simulation Monte-Carlo MCNP, couplé à un code dévolution qui permet de calculer la composition isotopique du combustible au cours du temps. MURE permet de calculer les inventaires du combustible en fonction du temps en prenant en compte les conditions neutroniques par des simulations de réacteurs. Ensuite le spectre en énergie des antineutrinos produit par le réacteur est construit en pondérant les taux de production des produits de fission par leur probabilité de décroissance beta.  235  Leserreurs systématiques associées aux prédictions des taux de fission des noyaux d'U, 239 238241 Pu, Uet Puen fonction du temps avec MURE seront à estimer lors de la thèse: erreurs liées à la technique Monte-Carlo, aux approximations géométriques, aux bases de données choisies et au calcul dévolution en temps du combustible. Le même type détude devra être mené pour le code déterministe Dragon qui est aussi utilisé dans la collaboration Double Chooz. Les codes MURE et Dragon sont des codes avec des avantages complémentaires et représentatifs des codes standards utilisés pour simuler les réacteurs. Cette étude est cruciale pour la détermination du budget total derreurs systématiques liées à la mesure de langle de mélangeθ 13 .Le groupe impliqué à SUBATECH possède un savoir faire particulier dans ce type de simulations, développé dans le cadre des recherches sur les réacteurs nucléaires et laval du cycle électronucléaire et est co-responsable du groupe de travail "Réacteurs et simulation du spectre béta" dans lexpérience Double Chooz.   Létapesuivante consistera à évaluer limpact de ces erreurs systématiques sur la mesure des oscillations des neutrinos effectuée avec le seul détecteur lointain, en utilisant des différentes méthodes statistiques danalyse des données. Une estimation de la sensibilité de lexpérience aux oscillations a déjà été effectuée, par le biais dun fit du spectre par intervalles avec une méthode de minimisation du chi-carré ».Pendant la thèse, une étude devra être menée pour utiliser des méthodes de maximum de vraisemblance et éventuellement exploiter linformation propre à chaque événement (position, résolution, ) pour améliorer la sensibilité. Létudiant(e) devra comparer les résultats obtenus avec les différentes techniques statistiques, après avoir développé la méthode de prendre en compte les erreurs systématiques dues au réacteur dans chaque type de fit. Il (elle) pourra établir si des méthodes statistiques permettent de réduire limpact de ces incertitudes systématiques.   Cettepartie de la thèse sera caractérisée par une participation active à la prise des données du détecteur lointain, en particulier avec une vérification constante de la qualité de ces données. Léquipe du Laboratoire APC est responsable du système dacquisition des données de lexpérience Double Chooz et a eu un rôle clé dans le développement du logiciel de traitement des données, dans la simulation et dans plusieurs études danalyse.      Site web de Double Chooz : http://doublechooz.in2p3.fr   