Mesures de précision des oscillations de neutrinos et recherche de la violation de CP avec les expériences T2K et Hyper-Kamiokande // Precision measurements of neutrino oscillations and search for CP violation with the T2K and Hyper-Kamiokande experiments

L’étude des oscillations de neutrinos est entrée dans une ère de précision, portée par des expériences à longue ligne de base comme T2K, qui comparent les signaux de neutrinos dans des détecteurs proches et lointains pour sonder des paramètres clés, dont une possible violation de la symétrie charge-parité (CPV). Détecter la CPV chez les neutrinos pourrait aider à expliquer l’asymétrie matière–antimatière de l’Univers. Les résultats de T2K publiés en 2020 ont fourni de premiers indices de CPV, mais restent limités par la statistique. Pour améliorer la sensibilité, T2K a connu d’importantes mises à niveau : remplacement de la partie la plus en amont de son détecteur proche par une nouvelle cible, augmentation de la puissance de l’accélérateur (jusqu’à 800 kW en 2025, avec un objectif de 1,3 MW d’ici 2030). La prochaine génération, l’expérience Hyper-Kamiokande (Hyper-K), qui débutera en 2028, réutilisera le faisceau et le détecteur proche de T2K, mais avec un nouveau détecteur lointain 8,4 fois plus grand que Super-Kamiokande, augmentant considérablement la statistique. Le groupe IRFU a joué un rôle clé dans la mise à niveau du détecteur proche et se concentre désormais sur l’analyse des données, essentielle pour maîtriser les incertitudes systématiques, cruciales à l’ère des hautes statistiques d’Hyper-K. Le travail de thèse proposé porte sur l’analyse des nouvelles données du détecteur proche : conception de nouvelles sélections d’échantillons tenant compte des protons et neutrons de faible impulsion du neutrino, et l'amélioration des modèles d’interaction neutrino–noyau afin d’optimiser la reconstruction de l’énergie. Le second objectif est de transférer ces améliorations à Hyper-K, afin d’orienter les futures analyses d’oscillation. L’étudiant contribuera également à la construction et à la calibration d’Hyper-K (tests d’électronique au CERN, installation au Japon).
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The study of neutrino oscillations has entered a precision era, driven by long-baseline experiments like T2K, which compare neutrino signals at near and far detectors to probe key parameters, including possible Charge-Parity Violation (CPV). Detecting CPV in neutrinos could help explain the Universe’s matter–antimatter asymmetry. T2K’s 2020 results gave first hints of CPV but remain limited by statistics. To improve sensitivity, T2K has undergone major upgrades: replacing the most upstream part of its near detector with a new target, increased accelerator power (up to 800 kW by 2025, aiming for 1.3 MW by 2030). The next-generation Hyper-Kamiokande (Hyper-K) experiment, starting in 2028, will reuse the T2K beam and near detector but with new far detector 8.4 times larger than Super-Kamiokande greatly boosting the statistics. The IRFU group has key role in the near detector upgrade and is now focusing on analysis, crucial for controlling systematic uncertainties crucial for the Hyper-K high statistics time. The proposed PhD work centers on analyzing the new near detector data: designing new sample selections taking into account for the low-momentum protons and neutrons from neutrinos, and refining neutrino–nucleus interaction models to improve energy reconstruction. The second goal is to propagate these improvements to Hyper-K, guiding future oscillation analyses. The student will also contribute to Hyper-K construction and calibration (electronics testing at CERN, installation in Japan).

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules
Laboratoire : Groupe Neutrinos-accélérateurs
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : Bolognesi Sara
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/SPP/TK2

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules

Master Physique des paricules