Soutenance de thèse de Alba DOMI

Bien que le cadre classique comprenant l’oscillation des neutrinos en trois saveurs soit à aujourd’hui bien établi, de nombreuses expériences d'oscillations présentent des anomalies par rapport à ce cadre standard, ce qui nécessite des explications plus exotiques. Une tentative pour résoudre ce conflit consiste à supposer l’existence d’un neutrino stérile léger d’une masse voisine de 1 eV ^ 2. Les données collectées à ce jour présentent une description incomplète, peut-être même contradictoire, parmi lesquelles certaines mesures confirment et d’autres infirment l'existence de neutrinos stériles à 2-3 σ. Il devient donc nécessaire de fournir un test plus contraignant et complet de l'hypothèse du neutrino stérile, ce qui confirmera ou infirmera sans ambiguïté l'interprétation des résultats expérimentaux antérieurs. Le travail de ma thèse est axé sur la recherche de neutrinos stériles avec des télescopes à neutrinos en eau profonde, en utilisant à la fois les données réelles d'ANTARES et les performances attendues du plus grand détecteur KM3NeT / ORCA. Pour cela, j'ai analysé 9 années de données (de 2007 à 2016) d'ANTARES. Cette analyse présente des limites supérieures très compétitives sur les angles de mélange stérile-actif. Pour effectuer l'analyse stérile ORCA, j'ai utilisé les données de Monte Carlo et les résultats obtenus montrent qu'ORCA constituera une expérience de premier plan pour la recherche de neutrinos stériles. Le but de ma thèse était, non seulement de procéder à une telle analyse, mais également de mieux comprendre le fonctionnement d'un télescope à neutrinos. En particulier, pour KM3NeT / ORCA, j'ai développé un algorithme de reconstruction de gerbes électromagnétique afin d’exploiter pleinement les capacités de ce détecteur. En outre, j'ai également développé un outil d'analyse en ligne pour le suivi des données provenant de KM3NeT (ORCA et ARCA), actuelle en cours d’utilisation pour les premières unités de détection.

While the standard three-flavor framework of neutrino oscillations is by now well established, there are a number of oscillation experiments presenting anomalies with respect to the standard framework and need to invoke more exotic explanations. One attempt to solve this tension is to assume the existence of a light sterile neutrino. The work of my thesis is focused on the search of sterile neutrinos with deep water neutrino telescopes, using both the real data from ANTARES and the expected performances of the larger KM3NeT/ORCA detector. For this I analised 9 years of data (from 2007 to 2016) of ANTARES which present very competitive upper limits on the sterile-active mixing angles. To perform the ORCA sterile neutrino analysis I used Monte Carlo data and the results obtained show that ORCA will be a leading experiment in the Sterile Neutrino searches. In particular, ORCA is expected to improve the sensitivity to the neutrino mixing parameter U_tau4 by almost a factor 2 with respect to current limits. At the same time it is able to constrain the sterile mixing angles for low sterile masses (Delta m_{14}^2 < 0.1 eV^2) and to improve the current best world upper limits on U_mu4 up to two orders of magnitude. The aim of my thesis was not only to make such analysis but also to better understand the operation of a neutrino telescope. In particular, for KM3NeT/ORCA, I developed a shower reconstruction algorithm to fully exploit the capability of this detector. In addition, I also developed an online analysis tool to monitor the data coming from KM3NeT (ORCA and ARCA) which is already running with the first detection units.