Estudio de las interacciones de neutrinos provenientes de aceleradores en un TPC de argón líquido

Abstract

RESUMEN: Los recientes experimentos de oscilaciones de neutrinos pueden interpretarse suponiendo que los neutrinos son masivos y que sus autoestados de masa no coinciden con los de sabor, abriendo un campo de investigación de gran interés y actualidad. En ese contexto hemos estudiado primero los límites que pueden y podrán establecerse en experimentos en grandes colisíonadores sobre la posible mezcla de los neutrinos ligeros con nuevos neutrinos mucho más pesados. Esos límites garantizan que en muy buena aproximación los neutrinos observados son los descritos por el Modelo Estándar. Luego y como contribución fundamental de este trabajo hemos investigado el potencial de las cámaras de proyección temporal (TPC) de argón líquido para el estudio de oscilaciones de neutrinos. Uno de los mayores retos, que hemos superado con éxito, consistía en el desarrollo de un conjunto de herramientas y procedimientos que hicieran posible la reconstrucción calorimétrica y tridimensional de los sucesos ionizantes que se producen en el detector. Con ellos hemos realizado un análisis completo de las interacciones quasi-elásticas del tipo n + neutrino_mu -> muón + p, basado en los datos tomados por un prototipo de 50 litros expuesto a las partículas procedentes de un acelerador con energías de varias decenas de GeV. El estudio sistemático de esas interacciones medíante ese detector de argón líquido ha permitido una mejora substancial de las simulaciones de Monte-Cario de los efectos nucleares que tan importantes son siempre en la experimentación con neutrinos. Este trabajo ha sido completado con la medida de la sección eficaz de colisión quasi-elástica, via corrientes cargadas, para neutrinos multi-GeV dispersados por núcleos de argón. Como aplicación futura de esas cámaras se han estudiado las capaciades de las mismas a la hora de realizar una búsqueda directa de la oscilación neutrino mu - neutrino tau mediante criterios cinemáticos.