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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-92407
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9240/


Energy reconstruction of electron neutrino events and muon neutrino-to-electron neutrino appearance search in the OPERA detector

Energierekonstruktion von Elektron Neutrino-Ereignissen und Myon Neutrino-zu-Elektron Neutrino Appearance-Suche im OPERA Detektor

Hollnagel, Annika

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SWD-Schlagwörter: Neutrino , Detektor , Energie , Rekonstruktion
Freie Schlagwörter (Deutsch): Oszillation , Oszillationsanalyse , Energierekonstruktion , Myon , Elektron , Tau , OPERA
Freie Schlagwörter (Englisch): neutrino , oscillation , energy , reconstruction , electron , muon , tau , detector , OPERA
Basisklassifikation: 33.05 , 33.50 , 33.56 , 33.00
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Hagner, Caren (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 20.06.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 07.08.2018
Kurzfassung auf Englisch: OPERA is a long-baseline neutrino oscillation experiment studying the high-energy CNGS muon neutrino beam. Detector and beam were specifically designed to enable the observation of tau neutrino appearance via muon neutrino-to-tau neutrino oscillations on an event-by-event basis.
The OPERA detector is a hybrid apparatus, consisting of a kton-scale target, made from lead and high-resolution nuclear emulsions, that is equipped with electronic detector elements and followed by a magnetic spectrometer. While the contamination of the CNGS muon neutrino beam with tau neutrinos is negligible and enables a background-free tau neutrino appearance search, the contribution from electron neutrinos and electron antineutrinos is O(1%). Nonetheless, the sub-leading channel of muon neutrino-to-electron neutrino oscillations can be studied. Using the nuclear emulsion event reconstruction to identify electron neutrino CC interactions, the electronic detector information can be exploited to improve the signal-to-noise ratio.
Within the framework of this thesis, an estimation of the original electron neutrino energy using the electronic detector of OPERA is developed that allows to discriminate against beam-induced background. It is then applied to a search for muon neutrino-to-electron neutrino oscillations in the 2008 - 2009 data sample collected with OPERA. The results of the oscillation analysis, both in the standard 3-flavour scenario and regarding nonstandard oscillations, are presented.
Kurzfassung auf Deutsch: OPERA ist ein Long-Baseline-Neutrinooszillationsexperiment, welches den hochenergetischen CNGS Myon-Neutrinostrahl untersucht. Sowohl Detektor als auch Neutrinostrahl wurden dafür entwickelt, die Beobachtung von Tau-Neutrino Appearance durch Myon Neutrino-zu-Tau Neutrino-Oszillationen auf Einzelereignisbasis zu ermöglichen.
Der OPERA-Detektor ist eine hybride Apparatur, bestehend aus einem kton-schweren Target aus Blei und Fotoemulsionen, welches mit elektronischen Detektorelementen bestückt ist und von einem magnetischen Spektrometer gefolgt wird. Während die Kontamination des CNGS-Strahls mit Tau Neutrinos vernachlässigbar ist, liegt der Beitrag von Elektron Neutrinos und Elektron Antineutrinos bei etwa 1%. Dennoch kann der untergeordnete Myon Neutrino-zu-Elektron Neutrino-Oszillationskanal untersucht werden.
Unter Verwendung der Fotoemulsions-Ereignisrekonstruktion zur Identifikation von Elektron Neutrino CC Interaktionen können die Informationen der elektronischen Detektoren ausgenutzt werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Abschätzung der ursprünglichen Energie der Elektron Neutrinos entwickelt, welche die elektronischen Detektoren von OPERA verwendet um den strahlinduzierten Hintergrund zu reduzieren. Diese wird anschließend auf eine Myon Neutrino-zu Elektron Neutrino Appearance-Suche in den 2008 - 2009 von OPERA gesammelten Daten angewandt. Die Ergebnisse der Oszillationsanalyse, sowohl im 3-Flavour Standard-Szenario als auch im Hinblick auf Nichtstandard-Oszillationen, werden vorgestellt.

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