Toward high-precision measurements of neutrino oscillations in the future long baseline experiments

Vers des mesures de haute précisions des oscillations des neutrinos dans les futures expériences à longues bases de vol Alors que la physique de l'oscillation des neutrinos entre dans l'ère de la précision, la modélisation des interactions neutrino-noyau constitue un défi grandissant comme source d'incertitude systématique pour les nouvelles mesures. Pour réduire ces incertitudes, une nouvelle génération de détecteurs est en cours de développement, qui vise à mesurer l'état final complet (exclusif) de l'interaction des neutrinos. Des simulations précises des effets nucléaires sur l'état final des nucléons sont alors nécessaires pour bénéficier pleinement des capacités améliorées des détecteurs.Dans ce travail de thèse, j'ai abordé ce problème en étudiant l'état final des interactions des neutrinos et des antineutrinos sur le noyau de carbone avec les modèles nucléaires INCL et ABLA. Au cours de ma thèse, j'ai également contribué au développement de l'amélioration du détecteur proche de l'expérience T2K. Le travail expérimental se concentre sur l'étalonnage de l'électronique et sur l'effet de la non-uniformité du champ magnétique pour les nouvelles chambres de projection temporelle à haut angle. Les études nucléaires se concentrent sur les interactions des particules de l'état final avec le milieu nucléaire en comparant les modèles de cascade NuWro et INCL et en considérant le modèle de désexcitation d'ABLA. INCL est un code de cascade nucléaire très avance' et principalement conçu principalement conçu pour simuler les réactions induites par les nucléons, les pions et les ions légers sur les noyaux. ABLA est un code de désexcitation couplé à INCL et capable de simuler toutes les particules émises par désexcitation. Cette thèse est la première étude utilisant le modèle INCL dans le cadre des interactions avec les neutrinos. C'est également la première étude utilisant ABLA pour les interactions de neutrinos. Elle met en évidence plusieurs nouveautés dans la modélisation de cette interaction, notamment la production de particules composites (par exemple, deutérons, particules alpha) dans l'état final et la modélisation de la libération complète de l'énergie d'excitation.La caractérisation de l'état final hadronique est présentée avec un accent particulier mis sur les variables de cinématique transverses et les comparaisons avec les mesures expérimentales disponibles. Les seuils des expériences actuelles sont trop hauts pour être sensibles aux différences entre les modèles et pour voir l'impact de la désexcitation, mais j'ai démontré qu'ils auront un impact lorsque la sensibilité des expériences s'améliorera. L'observabilité des particules composites sous forme de traces à l'intérieur du détecteur et leur contribution à l'activité du vertex sont également évaluées dans ce travail. J'ai démontré que leur modélisation peut avoir un impact significatif sur l'analyse et l'interprétation des données expérimentales, notamment pour l'identification des particules à faible inertie et la mesure des dépôts d'énergie autour du vertex des neutrinos. J'ai également utilisé INCL, implémenté dans Geant4, pour étudier les interactions secondaires des neutrons dans le détecteur en montrant qu'elles sont cruciales pour avoir une détection non-biaisée.L'étude présentée dans cette thèse introduit d'importantes nouveautés et constitue donc un jalon vers la simulation précise de re-interactions nucléaires et de la de-excitation nucléaire dans les interactions neutrino-noyau et, par conséquent, sur l'estimation des incertitudes dans la modélisation des états finaux exclusifs qui sont ciblés par la prochaine génération de détecteurs pour les expériences de longue durée.