[en] Nowadays, one of the most active research fields within the domain of high energy physics is the study of neutrinos. In the mainstream theory, encompassed in the Standard Model (SM) of particle physics, the phenomenology of neutrino physics is determined by seven degrees of freedom, consisting of three masses ((m1,m2,m3), three mixing angles (θ12, θ13, θ23) and a CP-violating phase (δCP). Currently, the most prominent experimental challenge in neutrino physics is to determine precisely the values of these parameters in order to better understand the fundamental behavior of nature and to to explore the validity of the SM. The Tokai-To-Kamioka (T2K) experiment is one of the main references in the field. In T2K, an accelerator-based neutrino or antineutrino beam is produced and measured at two sites: At 280~m from the production point using the ND280 detector and 295~km away in the Super Kamiokande detector. ND280 is used to characterize the properties of the neutrino beam before any significant oscillation effects take place and to study how neutrinos scatter in matter at energies relevant to T2K. With this knowledge, an event rate prediction is calculated for Super Kamiokande that in combination with data is used to measure neutrino properties, in particular θ13, θ23, Δm2 23 = m22 − m23 y δCP. Two factors limit more accurate measurements in T2K. On one hand, the limited number of collected neutrino events determines the amount of statistical error. On the other hand, event rate predictions are affected by systematic uncertainties regarding the detector, beam, and neutrino interaction models. While the statistical error will decrease in the coming years as T2K continues to collect data, active work is needed to reduce systematic uncertainties. In this thesis two ways to achieve it are studied consisting of analysis and instrumentation developments. In T2K's oscillation analysis (OA) one of the main sources of systematic uncertainty is that of neutrino neutral current interactions that produce a single π+ in the final state (NC1π+). Current knowledge about this process is limited due to the fact that the only reported measurement consists of less than hundred interactions recorded in 1978 by the Gargamelle bubble chamber experiment. In this thesis, the first study of this type of interactions in a modern neutrino experiment is presented using T2K data collected by the ND280 detector. With this purpose, a new selection algorithm for ND280 data has been developed. The preliminary analysis of the output selected samples constitutes the most detailed description of the nature of this process. In addition, the extracted cross section uncertainty is less than half of that currently used in T2K OA and thus has the potential to significantly benefit future T2K oscillation measurements. Improving existing instruments is an essential task to reduce systematic uncertainties. To this end, the ND280 detector is being significantly upgraded with the addition of three new detection technologies: two new High-Angle TimeProjection-Chambers (HATPCs), a novel fully Super-Fine-Grain-Detector (SuperFGD) and six Time-Of-Flight (ToF). In this thesis, relevant contributions to the development of these technologies are presented, including: simulation-based sensitivity studies, validation tests of the novel ERAM-based readout of the HATPCs, measurements of the response and the PID potential of SuperFGD using prototype data and the development of new deep learning reconstruction methods for SuperFGD and the ToF panels.

[es] Uno de los campos de investigación más activos dentro de la física de altas energías es el estudio de los neutrinos. En la teoría dominante, contenida en el llamado Modelo Estándar (ME) de la física de partículas, la fenomenología de la física de neutrinos está determinada por siete grados de libertad: tres masas ((m1,m2,m3), tres ángulos de mezcla (θ12, θ13, θ23) y una fase que viola la simetría CP (δCP). Actualmente, el desafío experimental más destacado en la física de neutrinos es determinar con precisión los valores de estos parámetros a fin de validar el ME o de descubrir nueva física. El experimento Tokai-To-Kamioka (T2K) es una de las principales referencias en el campo. En T2K se produce mediate un acelerador un haz de neutrinos o antineutrinos que es medido en dos ubicaciones: a 280m del punto de producción mediante el detector ND280 y a 295 km de distancia con el detector Super-Kamiokande. ND280 se utiliza con el fin de caracterizar las propiedades del haz de neutrinos antes de que se produzcan efectos de oscilación significativos y para estudiar cómo interactúan los neutrinos en las energías relevantes para T2K. Con este conocimiento se calcula una predicción de la tasa de eventos en Super-Kamiokande que en combinación con los datos permite medir θ13, θ23, Δm2 23 = m22 − m23 y δCP. Dos factores limitan mediciones más precisas en T2K. Por un lado, el limitado número de interacciones recopiladas que determina el error estadístico. Por otro lado, las incertidumbres sistemáticas relativas a los modelos que describen las interacciones de neutrinos, el detector y el haz. Si bien el error estadístico disminuirá en los próximos años a medida que T2K continúe funcionando, se necesita trabajar activamente para reducir las incertidumbres sistemáticas. En esta tesis se estudian dos formas de conseguirlo mediante el desarrollo de un nuevo análisis y avances en instrumentación. En el análisis de oscilación (AO) de T2K, una de las principales fuentes de incertidumbre sistemática es la de las interacciones de neutrinos mediadas por corrientes neutras que generan un único π+ en el estado final (NC1π+). El conocimiento actual sobre este proceso es limitado debido a que la única medida reportada consiste en menos de cien interacciones registradas en 1978 por la cámara de burbujas del experimento Gargamelle. En esta tesis se presenta el primer estudio de este tipo de interacciones hecho con un experimento moderno de neutrinos mediante el análisis de datos de T2K recolectados por el detector ND280. Con este propósito, se ha desarrollado un nuevo algoritmo de selección de eventos en ND280. Los resultados preliminares constituyen la descripción más detallada de la naturaleza de este proceso. Además, la incertidumbre de la sección eficaz extraída es menos de la mitad de la utilizada actualmente en el AO de T2K y por ende, tiene el potencial de mejorar significativamente las futuras medidas de oscilación de neutrinos en T2K. Mejorar los instrumentos existentes es una tarea esencial para reducir las incertidumbres sistemáticas. Con este fin, el detector ND280 está siendo mejorado mediante la adición de tres nuevas tecnologías de detección: dos nuevas cámaras de proyección temporal (HATPCs), un novedoso detector de grano superfino (SuperFGD) y seis paneles de tiempo de vuelo (ToF). En esta tesis, se presentan contribuciones relevantes al desarrollo de estas tecnologías, que incluyen: estudios de sensibilidad basados en simulación, pruebas de validación de los módulos de lectura ERAM para las HATPCs, la caracterización de las señales y del potencial de identificación de particulas de SuperFGD usando un prototipo y el desarrollo de nuevos métodos de reconstrucción para SuperFGD y los paneles ToF basados en algoritmos de aprendizaje profundo.