Study of the vμ interactions via charged current in the T2K near detector

T2K es un experimento de largo recorrido situado en Japón que pretende medir oscillación de neutrinos. Los neutrinos se producen usando un acelerador y son detectados en un detector lejano (Super- Kamiokande) y un complejo de detectores cercanos (INGRID y ND280). Fue diseñado para medir con precisión los canales νμ — νμ y νμ — νe, los cuales dependen principalemente de los parámetros ✓23 y ✓13 en la matriz PMNS respectivamente. En la actualidad, T2K aporta resultados competitivos para esos factores y los primeros indicios de violación de la simetría CP en el sector leptónico acaban de ser publicados. ND280 desempea un papel fundamental en el análisis de oscilaciones. Se usa para reducir los errores sistemáticos asociados al flujo y la sección eficaz midiendo la cantidad de interacciones de νμ y νe. Los detectores de alta granulación (FGDs) son finas capas de centelladores (hechas de plástico) diseñados para localizar bien vértices, haciendolos perfectos blancos. Están rodeados por cámaras de proyección temporal (TPCs), cuyo rendimiento identificando partículas es espectacular. Además, calorímetros electromagnéticos (ECals) cubren ambos FGDs y TPCs y han sido diseñados para identificar trazas MIP. Todo está situado dentro de un un imán, el cual permite medir con mucha precisión el momento y carga de las trazas. El análisis descrito en esta tesis estudia las interacciones νμ-nucleo mediante corrientes cargadas (CC) que ocurren en el FGD. En estas interacciones un muón y hadrones, generados en el medio nuclear, son producidos. Este análisis pretende reconstruir el muón saliente, incrementando la aceptancia angular de análisis anteriores. El objetivo es aportar una muestra de interacciones νμ CC que imite las características de estas interacciones cuando son detectadas en el detector lejano. De esta forma la extrapolación de los errores sistemáticos del detector cercano al lejano será más robusta. Esta muestra proporciona la oportunidad perfecta para mostrar una sección eficaz doble diferencial de interacciones νμ CC en plástico en función del momento y ángulo del muón.

T2K is a long baseline experiment located in Japan, which aims to measure neutrino oscillation. An accelerator is used to produce neutrino, which are detected in a far detector (Super-Kamiokande) and a near detector complex (both INGRID and ND280). It was design to be sensitive to the νμ — νμ and νμ — νe channels, which mainly depends on ✓23 and ✓13 parameters from the PMNS matrix respectively. Currently, T2K provides competitive results for all those factors and the first hint for the violation of CP symmetry in the leptonic sector has just been released. ND280 plays a fundamental role in the oscillation analysis. It is used to constrain the systematic uncertainties associated to both the flux and cross section by measuring the rate of νμ and νe interactions. Fine grained detectors (FGDs) are narrow scintillators layers (made of plastic) designed to have very good vertexing capability, which makes then a perfect target. They are surrounded by Time Projection Chambers (TPCs), whose performance identifying particles is outstanding. Besides, Electromagnetic Calorimeters (ECals) cover both FGDs and TPCs and they have been designed to tag MIP tracks. Everything is embedded in a magnet, which allows us to measure both momentum and charge of the tracks with a high precision. The analysis described in this thesis study νμ-nucleus interactions via Charged Current (CC) happening in the FGD. From this interaction a muon is produced plus hadrons, which are generated within the nuclear media. This analysis aims to reconstruct the outgoing muon, increasing the angular acceptance with respect previous analysis. The goal is to provide a sample of νμ CC interaction that mimic the features of such interactions when they are detected in the far detector. Consequently, the extrapolation of systematic uncertainties from near to far detector becomes more robust. Such sample provides the perfect opportunity to report a double differential cross section for νμ CC interaction on plastic as function of the muon momentum and angle.