[en] T2K (Tokai-to-Kamioka) is a long-baseline neutrino oscillation experiment, currently operating in Japan, built to precisely measure the mixing angle θ13, using the electron neutrino appearance channel, and to refine the measurement of the atmospheric parameters using the muon neutrino disappearance channel. An intense high purity muon neutrino beam, produced at the J-PARC facility, is directed toward the Super-Kamiokande (SK) water Cherenkov detector, located 295 km away. The off-axis near detector, ND280, measures the neutrino beam properties and the neutrino interaction cross-section and kinematics before the oscillation, in order to predict the neutrino flux and the relevant neutrino interactions at SK. This thesis work provides a strategy for selecting muon neutrino-induced charged current quasi-elastic (CCQE) interactions in ND280. The results of the analysis with real data and a comparison with the NEUT Monte Carlo (MC) prediction are provided. A brief qualitative study on the impact of proton final state interactions (FSI) on the selection is also presented. Different CCQE topologies, depending on whether only the muon or both the muon and the proton have been reconstructed and on the detectors crossed by the selected tracks, have been studied. The relevant detector systematic uncertainties have been estimated for each selected sample. A total of 11026 CCQE candidate events have been selected in the real data sample (corresponding to a total of 1.58 e20 protons on target): 7629 events correspond to the one-track sample; 3397 events correspond to the two-track samples. The number of selected events predicted by the MC for the one-track sample is slightly higher than that obtained when the study was performed on real data. On the other hand, the MC prediction is slightly lower than the data result for the two-track samples. These results, together with the study on the impact of proton FSI on the selection, suggest discrepancies between the FSI simulation in NEUT and real data, causing the proton produced in the neutrino-nucleus interaction to escape from the nucleus less frequently in the MC than in data. The results of this thesis work have been used to extract a CCQE cross- section on Carbon.

[es] Esta tesis doctoral presenta un método para seleccionar eventos producidos por interacciones quasi-elasticas de corriente cargada (CCQE) de neutrinos muónicos en el sistema de trazado del detector cercano (ND280) del experimento T2K. T2K es un experimento de oscilaciones de neutrinos a larga distancia situado en Japón, y en el panoramana actuál ocupa un papel de primer orden a nivel mundial en la investigación de las propriedades de los neutrinos. T2K ha sido construido para medir el angulo de mezcla θ13 mediante el estudio de la aparición de neutrinos electrónicos en un haz de neutrinos muónicos, y para mejorar la medida de los parámetros atmosféricos utilizando el canal de desaparición del neutrino muónico. T2K consiste en un haz muy puro de neutrinos muónicos producidos por el accelerador del centro de investigación JPARC y dirigidos hacia el detector Super-Kamiokande (SK), situado a 295 km de la fuente, y desplazado 2.5 grados con respecto a la dirección del haz de neutrinos. El detector cercano, ND280, está localizado a 280 m del blanco en la dirección de SK y mide las propiedades del haz de neutrinos, la sección eficaz de interacción y la cinemática de los neutrinos antes de oscilar, para predecir el flujo de neutrinos y las interacciones de neutrinos relevantes en SK. A través del estudio de las propriedades de los eventos simulados por el generador de Monte Carlo (MC) NEUT, en esta tesis doctoral se ha desarrollado un criterio para la selección de eventos CCQE cuando una traza (solo el muón) o dos trazas (el muón y el protón) han sido reconstruidas. La selección está enfocada a interacciones que ocurren en el primer FGD y usa principalmente el sistema de trazado de ND280 para reconstruir la trayectoria de partículas cargadas. Cuatro muestras de eventos, dependiendo de los detectores en los cuales se reconstruyen el muón y el protón, han sido seleccionadas. Los errores sistemáticos asociados al detector y sus efectos sobre la selección han sido estudiados para cada una de las muestras. El estudio separado de topologías con una o dos trazas es importante para entender los detalles de los procesos cuasi-elásticos. La caracterización de las interacciones de neutrinos con núcleos se basa en la identificación del estado final hadrónico, que puede cambiar por efecto de las interacciones del protón primario en el interior del núcleo (FSI). Datos reales correspondientes a un total de 1.58 e20 protones impactando en el blanco y datos simulados por NEUT se han usado en este análisis. Un total de 11026 eventos han sido seleccionados en la muestra de datos reales: 7629 eventos en la muestra de una traza; 1572 eventos con ambos el muón y el proton reconstruidos en la TPC; 1210 eventos con el muón reconstruido en la TPC y el proton en el FGD; 615 eventos con el proton reconstruido en la TPC y el muón en el FGD y en los otros detectores que rodean la TPC. En todos los casos el ruido está altamente dominado por interacciones de corriente cargada con un pión en el estado final, en las que éste no se reconstruye. En general, el acuerdo entre los resultados del análisis con datos reales y simulados es bueno para todas las muestras seleccionadas excepto en la distribución angular del protón, lo cual sugiere que la simulación de FSI en NEUT no es realista. También se ha llevado a cabo un estudio cualitativo del efecto de FSI sobre la selección del protón. El método de selección así como la propagación de errores sistemáticos, desarrollados en este trabajo de investigación, han sido utilizados para calcular la sección eficaz de interacciones cuasi-elásticas de corrientes cargadas en Carbón (el material principal del que está hecho el FGD).