Neutrino interaction and detection in the SBND experiment.

Abstract

O fenômeno de oscilação de sabor de neutrinos é uma prova conclusiva da existência de sua massa e pode ser descrito por um bem estabelecido e testado modelo quântico. Contudo, uma parte incompleta dessa história vive em experimentos com curta baseline, devido uma anomalia medida nos experimentos LSND e MiniBooNE, com a possibilidade de um quarto neutrino, mais pesado e desprovido de sabor, portanto não interage nem fracamente. SBN é um programa científico capaz de resolver esse problema relacionado a curtas oscilações, usando um alto nível de resolução de detecção, a tecnologia LArTPC em três detectores, sendo o mais próximo da fonte, SBND, o experimento com potencial para fazer a mais precisa medição de seção de choque neutrino-argônio. Assim, este estudo está concentrado em entender a interação de neutrinos, de modo a aplicar esse conhecimento no contexto do experimento SBND. Para atingir esse objetivo, o espalhamento foi usado para um cálculo de seção de choque, onde os resultados mostraram que o processo que envolve corrente carregada não é esperado, dada a energia mínima para esse fenômeno ser 11 GeV, fora do espectro de SBN, enquanto o espalhamento via corrente neutra é permitido, Mas com uma taxa de interações muito baixa, devido a seção de choque total ser da ordem de , para energias GeV, que, comparado com a seção de choque neutrino-núcleo nessa faixa de energia (), é realmente pequena, então não desempenha um papel insignificante no experimento, mas que de qualquer forma é secundário. Após essa revisão do fenômeno de espalhamento, o processo de simulação com LArSoft foi descrito e uma amostra de dados simulados foi utilizada para mostrar alguns resultados físicos com informação truth e por fim, a simulação do detector, que propicia respostas mais realísticas das interações de neutrinos, permitindo não apenas testar os algoritmos de reconstrução atuais, mas também uma ferramenta de identificação de partículas. O desenvolvimento desta última foi parte da análise, baseada em simples considerações, tal como o comprimento do track e energia perdida ao longo do espaço () descrita pela equação de Bethe-Bloch, em uma tentativa de selecionar múons, píons e prótons no canal CC 0 e 1 _± no estado final. Os resultados em geral foram positivos, com eficiência de considerando todas as particulas e individualmente no caso do múon e do próton, no qual a eficiência foi de , porém a eficiência para identificação de píons foi muito baixa () e uma hipótese para essa disparidade é a presença de outras partículas não consideradas ou até mesmo o baixo número de considerações para a construção do algoritmo de seleção, demandando um maior nível de detalhamento em trabalhos futuros.