badanie oscylacji neutrin w eksperymencie t2k
Post on 31-Dec-2015
40 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Badanie oscylacji neutrin Badanie oscylacji neutrin w eksperymencie T2Kw eksperymencie T2K
Krzysztof M. GraczykKrzysztof M. Graczyk
Instytut Fizyki Teoretycznej Instytut Fizyki Teoretycznej
Uniwersytet WrocławskiUniwersytet Wrocławski
Neutrinowy eksperyment tzw. Neutrinowy eksperyment tzw. długiej bazy - drugiej generacjidługiej bazy - drugiej generacji
Dlaczego badać oscylacje?Dlaczego badać oscylacje?
• Fizyka poza granicami modelu Standardowego!!!
• Jakie są masy neutrin?• Jaka jest hierarchia mas?• Czy symetria CP jest
łamana w sektorze leptonowym?
1
C. Walter, NuInt07
3
2
1
10-3 eV2
10-5 eV2
Oscylacje neutrinOscylacje neutrin
3
2
1
1212
1212
1313
1313
2323
2323
100
0
0
0
010
0
0
0
001
CS
SC
CeS
eSC
CS
SCi
ie
ijij
ijij
C
S
cos
sin
Macierz Maki-Nakagawa-Sakata (MNS)
Atmosferyczne Słoneczne
i
tiEipxifif
ieeU Mieszanina trzech stanów masowych z różnymi fazami
Oscylacje neutrinOscylacje neutrin
ji
ijjjiiijji
jjii UUUUUUUUP 2sin)Im(2sin)Re(4 **2**
222
222 ][][][27.14/
jiij
ijijij
mmm
GeVEkmLeVmELm
Model zakładający 3 rodziny (Wynik MiniBooNE) 6 parametrów do wyznaczenia
•Dwie różnicę kwadratów mas•Trzy kąty •Jedna faza CP (dla neutrin Diraca)
Detektor
Źródło e
e
Jak wyglądają dotychczasowe Jak wyglądają dotychczasowe parametry oscylacji parametry oscylacji
23223
23
105.2
45
eVm
o
Super-Kamiokande, K2K, MINOS).
013 12
CHOOZ, neutrina reaktorowe
??108
32252
12
12
eVm
o
KamLand,oraz neutrina słoneczne
Cele T2KCele T2K
• O rząd wielkości lepszy pomiar parametrów oscylacji dla : pomiar deficytu.
• 20 razy bardziej czuły pomiar oscylacji e
• O kolejny rząd wielkości pomiar
• Szukanie łamania symetrii CP w sektorze leptonowym
Dokładność pomiarów w T2K
%2
%12sin223
232
m
CHOOZ
Jak oddziałuje neutrino T2KJak oddziałuje neutrino T2K
......
......
...
n
nN
p
p
Xi
i
•Oddziaływania w jądrzemają istotny wpływ na produktykońcowe!!!
0'
16
bozonuwymina : ''
bozonuwymina :
ZXA
WXAO
ii
xi
ix
Oddziaływanie Neutral Current
Oddziaływanie Charged Current
Foton, bozon Z lub WNukleon
N
C. Juszczak, J.T. Nowak, J.T. Sobczyk,
Nucl.Phys.Proc.Suppl.159:211-216,2006 T2K
W T2K mamy do czynienia
z mieszanką oddziaływań QE, RES oraz niewielki
wkład DIS zmodyfikowanych efektami jądrowymi
Xn
Oddziaływania typu •QE•SPP
•Rezonansowe•Nierezonansowe•Koherentne
•Głęboko nieelastyczne
ND 280m
ND 2km Off-Axis
W przyszłości
JHF
SK
295 km
Produkcja neutrin w JHFProdukcja neutrin w JHF
• 50 GeV Proton Synchrotron– 3.3x1014 ppp– Repetition rate: 0.292
Hz– Moc: 0.77 MW, 1021
POT (jeden rok) – 130 dni operacyjnych
• Komora rozpadu pionów: 80 m
Konfiguracja Off-AxisKonfiguracja Off-Axis
OA3o OA2.5o
OA2o
D. Karlen , NuInt05
Dla OA2: Emax=0.75 GEV
SK
Spektrum energetyczne wiązki w Spektrum energetyczne wiązki w SKSK
Off-axis: OA2
e
Rozpady z Kaonów
W maksimum spektrum: e/ rzędu 0.2 %
Daleki Detektor: SKDaleki Detektor: SK
• 50 000 t wody• Wysokość: 42 m• Średnica 39 m• Detektor wewnętrzny (ID)
– 33.8m(h), 36.2(d)– 11 146 PMT
• Zewnętrzny detektor (OD)– Około 2m od ścian ID– 1 885 PMTS: zlicza
cząstki wchodzące/wychodzące z ID.
• Całkowita masa OD i ID 22 500 t.
m2(eV2) CC-QE CC-nonQE NC Wszystkie
Brak oscylacji 3,620 1,089 96 4,805
2.0x10-3 933 607 96 1,636
2.3x10-3 723 525 96 1,344
2.7x10-3 681 446 96 1,223
3.0x10-3 800 414 96 1,310
Oczekiwana liczba zdarzeń neutrin dla 3x1021 POT dla pomiaru deficytu dla różnych wartości m2
23 z sin2223=1.0 i sin22=0.0, dla 5 lat pracy.
A. Vacheret, NuInt07
Pomiar deficytu Pomiar deficytu
• Idea analogiczna jak w K2K
• Pomiar profilu energetycznego wiązki w ND
• Rozpraszanie QE• Odtworzenie wiązki w SK
na podstawie ND• Porównanie z mierzoną
wiązką w K2KM. H. Ahn, Phys.Rev. D74 (2006) 072003
Przewidywania dla T2KPrzewidywania dla T2K
kmeV
GeV
E
LmP
2
2232
232 267.1sin2sin1)(
232
232
10
0.1sin
23 eVm
232 2sin
223m
Rekonstrukcja energii na podstawie zdarzeń QE
lll
llQE
PEM
mMEE
cos2
2 2
Bliski DetektorBliski Detektor
• Pomiar strumienia neutrin w celu ustalenia strumienia w SK
• Pomiar spektrum energetycznego neutrin
• Pomiar neutrinowych przekrojów czynnych dla QE CC, non-QE, NC
• Ocena wkładu e badanie pojawiania się e
• Pomiar i monitoring kierunku wiązki
ND280
Rozmiar: 3.5x3.6x8m3
Magnes UA1, 0.2 T TPC (Time Projector Chamber): 3
komory do pomiaru mionów z rozpraszania typu CC, rekonstrukcja znaku, rozróżnianie mionów, pionów i elektronów
FGD (Fine Grained Detectors): 2 moduły, tarczą na której będą oddziaływać neutrina
PI0D: pomiar z oddziaływań typu NC
ECAL (Electromagnetic Calorimeter): pomiar
SMRD (Single Muon Range Detector): pomiar mionów – wewnątrz luk w magnesie.
ND280
TRACKER
A. Vacheret, NuInt07
ND280: Pomiar przekrojów ND280: Pomiar przekrojów czynnych czynnych
• Produkcja pojedynczych pionów:– NC1CC1 tło dla
pomiaru deficytu
– NC10 tło dla pomiaru e
• Pomiar przekrojów czynnych?
• Badanie oddziaływań słabych– Badanie struktury nukleonu
Wiązka 1021 POT w 1-tonowym FGD.
Przekroje czynne CCPrzekroje czynne CC
M.O. Wascko, NuInt05
Niższe niż się wydawało przekroje czynne!MiniBooNE
Dla T2K, produkcja pojedynczych pionówNastępuje głównie poprzez wzbudzenie Rezonansu (1232).
SPP w procesach typu NC SPP w procesach typu NC
K. M. Graczyk, NuInt07
Kilka słów na koniecKilka słów na koniec
• Eksperyment T2K znacząco przybliży nas do prawdy o własnościach neutrin– parametry oscylacji– Natura oddziaływań neutrin
top related