Precision measurement of neutrino oscillations parameters

Abstract

The Daya Bay Reactor Neutrino Experiment, located in Southeast China, was de- signed to measure short baseline oscillation of electron antineutrinos originating from six 2.9 GWth nuclear reactors. In 2012, it discovered the nonzero value of the θ13 mixing angle and currently provides the world's most precise measurement of this neutrino os- cillation parameter. The goal of this thesis is to check the performance of the detector nonuniformity correction used by the Daya Bay experiment and then design a new im- proved version. For that purpose, the Daya Bay experiment is introduced including the procedure of the event reconstruction. Several types of signals are then studied in detail and later they are used to scrutinize the performance of the nonuniformity correction. Several issues are identified, most significantly an absence of radial dependence in the azimuthal part of the correction and inability to deal with dead photomultipliers. A new improved version of the correction that addresses these issues is then designed with the main goal to improve the precision of Daya Bay neutrino oscillation analyses, especially ongoing one which uses neutron capture on hydrogen. The impact of the new improved correction on said analyses is also assessed. 1

Experiment s reaktorovými neutriny Daya Bay (The Daya Bay Reactor Neutrino Experiment) situován v jihovýchodní Číně byl navržen k měření oscilací neutrin pocháze- jících z šesti 2.9 GWth jaderných reaktorů. V roce 2012 jako první naměřil nenulovou hodnotou směšovacího úhlu θ13 a dnes je jeho měření tohoto oscilačního parametru nej- přesnější na světě. Cílem této práce je zhodnotit, jak dobře funguje korekce neuniformity detektorů používaná experimentem Daya Bay, a posléze navrhnout novou vylepšenou verzi této korekce. Za tímto účelem je prvně představen experiment Daya Bay a jeho pro- ces rekonstrukce událostí. Následně je detailně prostudováno několik typů signálů, které by mohly být použity právě ke zhodnocení stávající korekce neuniformity a tvorbě nové verze. Je identifikováno několik problémů stávající korekce, zejména to, že v azimutální části chybí závislost na vzdálenosti od osy detektoru, a dále nemožnost plně korigovat efekt způsobený nefunkčními fotonásobiči. Proto je následně navržena nová vylepšená verze korekce neuniformity, která se s těmito problémy vypořádává, a to s cílem zpřesnit měření oscilací neutrin, především v analýze, která využívá záchytu neutronů na vodíku. V závěru práce je zhodnocen vliv nové verze korekce na toto měření. 1