Mise à niveau du détecteur proche ND280 et son impact attendu sur la sensibilité du T2K et sur l'étude de l'interaction des neutrinos

La physique des neutrinos est aujourd'hui l'un des domaines les plus attractifs de la physique des particules. La découverte de l'oscillation des neutrinos suggère que les neutrinos doivent avoir une masse et implique une physique au-delà des trois neutrinos sans masse du modèle standard (SM). Ses débuts remontent à la mine Homestake, dans le Dakota du Sud, en 1967, lorsque Ray Davis et John Bahcall ont remarqué pour la première fois un décalage entre le nombre prévu et le nombre observé de neutrinos solaires. L’« anomalie des neutrinos solaires » a fait l'objet de recherches expérimentales et théoriques approfondies. Elle a suscité une attention encore plus grande lorsque les expériences GALLEX et SAGE, se servant de germanium, ont également trouvé moins de neutrinos solaires que prévu. D'autres expériences ont également trouvé des anomalies de neutrinos dans des détecteurs construits pour rechercher un phénomène complétement différent : la désintégration des protons. Bien que la désintégration des protons n'ait pas été détectée, une analyse détaillée de l'arrière-plan de neutrinos de ces mesures a révélé que le nombre de neutrinos muoniques atmosphériques était inférieur aux prévisions, ce qui suggère un phénomène similaire à celui indiqué par l'anomalie solaire. La théorie privilégiée pour expliquer les anomalies observées des neutrinos a évolué pour devenir l'oscillation des neutrinos. L'idée de l'oscillation de saveur a été développée par Bruno Pontecorvo, Ziro Maki, Masami Nakagawa et Shoichi Sakata (PMNS), afin d'expliquer l'anomalie solaire. Il y a environ 25 ans, l'oscillation des neutrinos a été découverte grâce aux mesures effectuées à Super-Kamiokande et à l'Observatoire de neutrinos de Sudbury, qui ont été récompensées par le prix Nobel de physique 2015. Après diverses découvertes d'envergure, la physique des oscillations de neutrinos est aujourd'hui à l'ère de la précision. La mesure précise des paramètres d'oscillation des neutrinos et des sections transversales des neutrinos est l'une des plus grandes priorités de la physique des particules élémentaires. Il existe encore de nombreuses propriétés des neutrinos que le modèle standard ne peut expliquer. Les masses non nulles des neutrinos ou la violation potentielle de la symétrie de parité de charge (CP) dans le secteur leptonique sont les plus intéressantes parmi les quelques indices liés à la physique au-delà du SM. La violation de CP est l'une des trois conditions proposées par Andrei Sakharov en 1967 pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière, ou en d'autres termes, pour expliquer l'existence de la matière dans l'univers. La violation de CP se retrouve déjà dans le mélange des quarks dans le SM. Cependant, l'asymétrie matière-antimatière observée dans l'univers ne peut pas être entièrement expliquée par une si petite asymétrie dans le secteur des quarks. Heureusement, selon les mesures récentes de l'oscillation des neutrinos, il existe une possibilité potentielle d'une grande violation de CP dans le secteur leptonique. Par exemple, l'expérience T2K - une expérience d'oscillation de neutrinos à longue distance - a contraint la phase δCP et peut exclure la conservation de CP à 2σ [1]. Sur la base des indices actuels de violation de CP, l'importance de mesures précises de l'oscillation des neutrinos a été démontrée par les deux prochaines expériences de grande envergure : Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) et le projet Tokai-to-Hyper-Kamiokande (T2HK) hébergés par les États-Unis et le Japon, respectivement. Néanmoins, il ne suffit pas d'avoir plus de détecteurs géants ; la mesure précise des neutrinos exige également que les erreurs systématiques soient réduites autant que possible (généralement à quelques pour cent) dans les expériences d'oscillation de neutrinos. L'une des principales erreurs systématiques provient de notre compréhension incomplète des interactions neutrino-noyaux. Les incertitudes liées à la diffusion neutrino-noyau [...]

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