@misc{10481/92925,
year = {2024},
url = {https://hdl.handle.net/10481/92925},
abstract = {En esta tesis, investigamos la producción de hiperones Λ y Σ suprimida Cabibbo
inducidas por antineutrinos muónicos a través de corrientes débiles cargadas con
cambio de extrañeza. En nuestro modelo consideramos el mecanismo cuasielástico
(QE) y un mecanismo inelástico en el cual el hiperón se produce junto a un pion
(Y π). Ambos mecanismos han sido estudiados anteriormente pero en el caso de
la producción Y π solo a partir de nucleones libres. Por lo que estudiamos la
producción Y π tanto a partir de nucleones libres como en núcleos, enfocándonos
en la región de energía de antineutrinos E¯ν < 2 GeV, relevante para numerosos
experimentos de dispersión y oscilación de neutrinos. Incluiremos en nuestro
estudio las interacciones de estado final (FSI) de los hiperones en su salida del
núcleo.
Los estudios teóricos de las secciones eficaces de las interacciones antineutrinonúcleo
son esenciales para analizar datos de experimentos de dispersión y oscilación
de neutrinos. Un componente clave de estas secciones eficaces es el modelo
primario de interacción antineutrino-nucleón. Por lo tanto, comenzamos esta
tesis estudiando reacciones de producción Y π a partir de nucleones libres. Nuestro
modelo se basa en los Lagrangianos quirales SU(3) efectivos de orden más
bajo en presencia de una corriente débil cargada externa y contiene los términos
de background o Born y el mecanismo de excitación de resonancias bariónicas del
decuplete que pueden contribuir a estos canales de reacción. Hemos considerado
relevantes las resonancias Δ(1232) y Σ∗(1385).
Continuamos con el estudio de la producción de hiperones en núcleos. La
producción de hiperones en este rango de energía procede principalmente a través
de la dispersión QE, por lo que hemos considerado este tipo de reacción, además de
la producción Y π. Los efectos nucleares los incluimos estudiando el movimiento de
Fermi de los nucleones del blanco nuclear mediante el modelo de gas de Fermi con
la aproximación de densidad local. Comparamos dos versiones de la interacción de
estado final experimentada por los hiperones en el núcleo. Una utiliza un enfoque
más simple, mientras que la otra tiene en cuenta el potencial de la Lambda debido
a la limitada información experimental disponible sobre el potencial de la Sigma. La FSI la consideramos mediante una cascada intranuclear Monte Carlo. También
estimamos la absorción de piones, producidos en el mecanismo Y π, por el núcleo
utilizando una aproximación eikonal.
A partir de nucleones libres, encontramos que la resonancia Σ∗(1385) predomina
notablemente en las reacciones Λπ pero tiene menos importancia en los
canales Σπ. Además, observamos la importancia de los diagramas cruzados de
Δ o polos de nucleón cruzado, especialmente en algunas de las reacciones Σπ.
También estudiamos las secciones eficaces totales convolucionadas con los flujos
de antineutrinos de experimentos pasados (MiniBooNE, SciBooNE) y actuales
(detectores cercanos y lejanos de T2K, Minerva) de oscilación y dispersión de
neutrinos. Igualmente comparamos y discutimos nuestros resultados con otros
que siguen enfoques similares y muy diferentes de la literatura reciente y pasada.
Mostramos los resultados para la producción de hiperones a partir de núcleos.
La producción Y π tiene un umbral de producción más alto en comparación con los
mecanismos QE. Sin embargo, observamos que sus secciones eficaces muestran un
crecimiento más rápido con la energía del antineutrino en comparación con la dispersión
QE. Comprobamos que los canales Y π desempeñan un papel significativo
en la caracterización de la producción de hiperones dentro de los núcleos. Específicamente,
contribuyen de manera significativa a la producción de Σ+ y generan
una parte sustancial de la sección eficaz total en otros canales: confirmamos que
debido al porcentaje de absorción de piones por el núcleo, mayor a bajas energías
del antineutrino, los mecanismos podrían confundirse experimentalmente entre
sí. No tener en cuenta estos mecanismos introduciría sesgos en el análisis experimental
y la interpretación de los resultados. En este contexto, determinamos
que las distribuciones de ángulos relativos leptón-hiperón sirven como observables
útiles para distinguir entre procesos QE y Y π. Por lo que, consideramos necesaria
la inclusión de la producción Y π en los generadores Monte Carlo de eventos de
neutrinos, como GENIE o NuWro.
Finalmente, estudiamos la producción de Λ en argón en las condiciones de la
reciente medida de MicroBooNE. Convolucionamos nuestras secciones eficaces con
el flujo de antineutrinos e imponemos la restricción en el espacio fásico adecuada.
Obtenemos resultados consistentes con el valor experimental de baja estadística
y observamos que el mecanismo Λπ representa un tercio de la sección eficaz total.
Asimismo, obtenemos resultados para la producción de hiperones convolucionando
las secciones eficaces con el flujo de antineutrinos del experimento SBND. Nos
llevan a confirmar la importancia del mecanismo Y π debido a la posibilidad de
confundir ambos mecanismos al producirse absorción de piones por el núcleo. Y
en el caso de producción de Σ+, el mecanismo Σ+π sería el predominante al no
producirse de manera primaria a través de la producción QE.},
abstract = {In this thesis, we study the Cabibbo suppressed hyperon (Λ and Σ) production
induced by muonic antineutrinos in strangeness changing weak charged currents
interactions. Our model considers the quasielastic mechanism (QE) and an inelastic
mechanism in which the hyperon is produced alongside a pion (Y π). Both
mechanisms have been previously studied, but Y π production has only been examined
from free nucleons. Therefore, we explore Y π production both from free
nucleons and within nuclei, focusing on the antineutrino energy region E¯ν < 2
GeV, which is relevant for numerous neutrino scattering and oscillation experiments.
We also include in our study the final state interactions (FSI) of hyperons
as they exit the nucleus.
Theoretical studies of the cross sections for antineutrino-nucleus interactions
are crucial for analyzing data from neutrino scattering and oscillation experiments.
A crucial component of these cross sections is the primary antineutrino-nucleon
interaction model. Therefore, we initiate this thesis by investigating Y π production
reactions from free nucleons. Our model is based on the lowest order effective
SU(3) chiral Lagrangians in the presence of an external weak charged current. It
contains Born background terms and the lowest-lying decuplet resonant mechanism
that can contribute to these reaction channels. We include the resonances
Δ(1232) and Σ∗(1385).
We continue with the study of hyperon production in nuclei. The hyperon
production in this energy range primarily proceeds through quasielastic scattering
(QE). Therefore, we have considered this type of reaction in addition to the Y π
production. Nuclear effects are accounted for by studying the Fermi motion of
target nucleons using the Fermi gas model with the local density approximation.
We compare two versions of the final state interaction experienced by hyperons in
the nucleus. One employs a simpler approach, while the other takes into account
the potential of the Lambda due to limited experimental information on the Sigma
potential. Final state interactions are considered through an intranuclear Monte
Carlo cascade. Additionally, we estimate the absorption of pions produced in the
Y π mechanism by the nucleus using an eikonal approximation. From the results for the Y π mechanism from free nucleons, we find that the
Σ∗(1385) resonance notably predominates in Λπ reactions but is less important in
Σπ channels. Additionally, we observe the significance of crossed Δ or nucleonpole
diagrams, especially in some of the Σπ reactions. We also calculate the total
cross sections convoluted with the antineutrino fluxes from past experiments
(MiniBooNE, SciBooNE) and current ones (T2K at near and far detectors, Minerva)
for neutrino oscillation and scattering. Furthermore, we compare and discuss
our results with others that employ similar and different approaches from both
recent and past literature.
We study hyperon production from nuclei, where the predominant process at
the antineutrino energies we are working with is quasielastic production. The
Y π production has a higher production threshold compared to QE mechanisms.
However, we observe that its cross sections exhibit a faster growth with antineutrino
energy compared to QE scattering. We verify that Y π channels play a
significant role in characterizing hyperon production within nuclei. Specifically,
they contribute significantly to the production of Σ+ and generate a substantial
portion of the total cross section in other channels: we confirm that, due to the
higher percentage of pion absorption by the nucleus at low antineutrino energies,
these mechanisms could be experimentally confused with each other. Neglecting
these mechanisms would introduce biases in the experimental analysis and result
interpretation. In this context, we determine that relative lepton-hyperon angle
distributions serve as useful observables to distinguish between QE and Y π processes.
Therefore, we consider necessary to include Y π production in Monte Carlo
neutrino event generators such as GENIE or NuWro.
Finally, we investigate the production of Λ in argon under the conditions of
the recent MicroBooNE measurement. We convolute our cross sections with the
antineutrino flux and impose the appropriate phase space restriction. We obtain
results consistent with the low-statistics experimental value and observe that
the Λπ mechanism accounts for one-third of the total cross section. Additionally,
we obtain results for hyperon production by convoluting the cross sections
with the antineutrino flux from the SBND experiment. These results confirm the
importance of the Y π mechanism due to the potential confusion between both
mechanisms caused by pion absorption by the nucleus. In the case of Σ+ production,
the Σ+π mechanism would be predominant, as it does not occur primarily
through QE production.},
organization = {Tesis Univ. Granada.},
publisher = {Universidad de Granada},
title = {Hyperon production in Cabibbo suppressed reactions induced by antineutrinos in nucleons and nuclei},
author = {Benitez Galan, Maria},
}