Proposition de sujet de stage 2007 - Double Chooz

Proposition de sujet de stage 2007
Pôle :
DSM
N° :
St-DSM-07-014
Simulation GEANT4 du détecteur de neutrinos Double Chooz
Thématique de Recherche
Physique corpusculaire et cosmos / Physique des particules
Sujet
L’expérience Double Chooz (http://doublechooz.in2p3.fr/) est destinée à la mesure du
dernier paramètre de la matrice de mélange des neutrinos : l’angle #13.
Cette mesure suscite depuis quelques années l’intérêt de la communauté des physiciens
des particules car, outre son intérêt fondamental, elle ouvrira la voie à l’étude de la
violation de CP dans le secteur des leptons.
Double Chooz est une expérience d’une centaine de physiciens répartis dans une
trentaine d’instituts. C'est une collaboration internationale regroupant la France,
l'Allemagne, l'Espagne, les Etats-Unis, le Japon, le Royaume-Uni, et la Russie.
La collaboration commencera la construction de l'expérience sur site dès 2007. Deux
détecteurs de neutrinos identiques seront successivement installés près de la centrale
nucléaire de Chooz, dans les Ardennes. L’installation est prévue pour durer 9 mois par
détecteur. Le premier détecteur, situé à 1 km des cœurs de la centrale, devrait prendre
des données au début de l’année 2008. En quelques mois il fournira déjà le meilleur
résultat mondial sur #13. Ces résultats seront ensuite considérablement améliorés après
la construction du détecteur proche à 280 m des cœurs de la centrale.
La mesure est fondée sur la comparaison précise des flux et spectres d'énergie des
neutrinos à deux distances différentes des cœurs de la centrale nucléaire (1 km et 280 m).
Il s’agit de détecteurs cylindriques d’environ 7 mètres de diamètre et de 7 mètres de
hauteur. Ces détecteurs ont une structure en pelure d’oignon et contiennent une cible
centrale remplie de liquide scintillant dopé au gadolinium, et observée par quatre cents
tubes photomultiplicateurs. Cet ensemble permet de révéler les très faibles traces des
interactions des antineutrinos dans la cible, en les distinguant des bruits de fonds.
Le sujet de stage proposé est une simulation simplifiée de l’analyse des données de
l’expérience Double Chooz.
La collaboration a développé un outil de simulation d’après GEANT4, et plus précisément
d’après
GLG4Sim
(http://neutrino.phys.ksu.edu/~GLG4sim/GLG4sim-intro-2006-05-19.pdf). L’ensemble des
programmes développés est regroupé sous l’appellation DCGLG4Sim.
Cette simulation comprend un générateur d’antineutrino issus des cœurs des centrales
nucléaires, ainsi qu’une simulation de l’ensemble du détecteur : géométrie et matériaux,
liquides
et différentes huiles minérales dans les quatre régions
distinctes
Date
d'éditionscintillants
:
St-DSM-07-014
/ pagedu
1
détecteur, modèle d’interaction des antineutrinos, et modèle optique de propagation de la
lumière de scintillation jusqu’au tubes photomultiplicateurs.
Le stage consistera en la génération de différentes expériences virtuelles, dans des
conditions d’erreurs systématiques et de bruit de fond variées, puis en la reconstruction
des spectres d’énergie en incluant la réponse des détecteurs, et enfin en une analyse
simplifiée de recherche d’oscillation de neutrinos. Une attention particulière sera portée
dans la simulation de différences de comportement entre les deux détecteurs et à l’impact
resultant sur la sensibilité de l’expérience.
Travail à effectuer par le stagiaire
La collaboration a développé un outil de simulation d’après GEANT4, et plus précisément
d’après
GLG4Sim
(http://neutrino.phys.ksu.edu/~GLG4sim/GLG4sim-intro-2006-05-19.pdf). L’ensemble des
programmes développés est regroupé sous l’appellation DCGLG4Sim.
Cette simulation comprend un générateur d’antineutrino issus des cœurs des centrales
nucléaires, ainsi qu’une simulation de l’ensemble du détecteur : géométrie et matériaux,
liquides scintillants et différentes huiles minérales dans les quatre régions distinctes du
détecteur, modèle d’interaction des antineutrinos, et modèle optique de propagation de la
lumière de scintillation jusqu’au tubes photomultiplicateurs.
Le stage consistera en la génération de différentes expériences virtuelles, dans des
conditions d’erreurs systématiques et de bruit de fond variées, puis en la reconstruction
des spectres d’énergie en incluant la réponse des détecteurs, et enfin en une analyse
simplifiée de recherche d’oscillation de neutrinos. Une attention particulière sera portée
dans la simulation de différences de comportement entre les deux détecteurs et à l’impact
resultant sur la sensibilité de l’expérience.
Date d'édition :
St-DSM-07-014 / page 2
Laboratoire d'accueil
Centre : Saclay
Département/Service : DAPNIA /Service de Physique des Particules
Nom du laboratoire : SPP10/Groupe Double Chooz
Stage proposé pour
Master 2ème année
DEA
DESS
Ecole d'ingénieur
Ecole d'ingénieur
Master 1
(fin d'études)
(début d'études)
Maîtrise
Licence
DEUG
IUT/BTS
Possibilité de poursuivre par une thèse
SL-DSM-07-015
Responsable du stage
Thierry Lasserre
Tél : 01 69 08 36 49
Mail : [email protected]
SPP15/Groupe Neutrinos-accélérateurs
CEA/Saclay, SPP - Bât.141 - Pièce 26B
91191 Gif sur Yvette Cedex
Date d'édition :
St-DSM-07-014 / page 3