From light neutrino decay phenomenology to muon neutrino cross-section measurement at MINERvA experiment

Abstract

This thesis tackles two essential topics of neutrino physics: neutrino decay and neutrino cross-section measurement. First, the invisible and visible neutrino decay is analyzed through a phenomenological approach, considering future long-baseline neutrino experiments such as DUNE and a hypothetical neutrino beam toward the ANDES laboratory. The study takes into account the νμ and νe disappearance and appearance, respectively, for both FHC and RHC flux modes. The results showed a negligible matter effect for DUNE but significantly more notable at ANDES. At 90% C.L., the sensitivity to the decay parameter α3 can be as small as 2 × 10−6 eV2 for a chosen coupling. The impact of neutrino decay in the determination of θ23 and δCP were also shown. Second, the double-differential cross-section measurement for νμ-carbon interactions with three-momentum transfer |q| < 1.2 GeV obtained with medium energy exposures in the NuMI beam at MINERvA experiment are reported. The measurement is presented as a function of |q| and Eavail and reviews different interaction models and nuclear effects along quasi-elastic to resonance processes to define a new model for a better agreement. The double differential cross sections are compared to the MnvTunes, GENIE, and NuWro predictions.Esta tesis aborda dos temas esenciales de la física de neutrinos: el decaimiento de neutrinos y la sección transversal de neutrinos. En primer lugar, el decaimiento invisible y visible de neutrinos se analiza a través de un enfoque fenomenológico, considerando dos futuros experimentos de neutrinos de long baseline como DUNE y asumiendo un hipotético haz de neutrinos hacia el laboratorio ANDES. El estudio concidera la desaparición y aparición de νμ y νe, respectivamente, para los modos de flujo neutrinos FHC y RHC. Los resultados mostraron un efecto de materia insignificante para DUNE, en contraste, más notable en ANDES. A 90% C.L., la sensibilidad al parámetro de decaimiento α3 puede ser tan pequeña como 2 ×106 eV2 para un acoplamiento dado. Tambise mostra el impacto de la desintegración de neutrinos en la determinación de θ23 y δCP . En segundo lugar, la medición de la sección transversal diferencial doble para las interacciones νμ-carbono con transferencia de momentum |q| < 1.2 GeV obtenidos con una exposición a la energía media de neutrinos en el haz NuMI en el experimento MINERvA. La medida se presenta en función de |q| y Eavaill, además se revisa diferentes modelos de interacción y efectos nucleares a lo largo de procesos cuasi-elásticos a resonantes para definir un nuevo modelo para un mejor acuerdo con los datos. Las secciones transversales diferenciales dobles se comparan con las predicciones de MnvTunes, GENIE y NuWro.