głównie z konferencji Neutrino 2008 w Christchurch, NZ
advertisement
Oscylacje i nie tylko (głównie z konferencji Neutrino 2008 w Christchurch, NZ) KamLAND / MiniBoone / Przekroje czynne Paweł Przewłocki Warszawska Grupa Neutrinowa 16.01.2009 Christchurch, Nowa Zelandia Oscylacje neutrin Oscylacje dwóch zapachów m2 L P( x y ) sin (2 ) sin 1.27 E 2 2 Dwa zestawy rezultatów: ‘atmosferyczne’ i ‘słoneczne’ Oscylacje neutrin ZAPACH ve 1 0 0 cos 23 0 sin 23 MASA cos 13 sin 23 0 cos 23 sin 13e i 0 „atmosferyczne” SK, K2K, MINOS θ23 ≈ 45o |Δm223| ~ 2.5×10-3eV2 0 sin 13e i cos 12 1 0 sin 12 0 cos 13 0 CHOOZ θ13 < 10o sin 12 cos 12 0 0 v1 0 v 2 1 v3 „słoneczne” SNO, KamLand θ12 ≈ 32o Δm212 ~ 8×10-5eV2 O czym będę mówił Oscylacje – mała Δm2 – KamLand Oscylacje – duża Δm2 – MiniBoone Przekroje czynne (QE, produkcja pionów) – MiniBoone i inne KamLAND – duże L/E Kamioka Liquid Scintillator Neutrino Detector – pomiar antyneutrin elektronowych z reaktorów jądrowych w okolicy Znikanie antyneutrin, oscylacja antyneutrin, geoneutrina Nowe wyniki – dane z dłuższego okresu działania, zwiększona pojemność robocza, zmniejszenie błędów systematycznych, itd. Prezentacja Patricka Decowskiego arXiv:0801.4589v3 [hep-ex] KamLand – detektor KamLand ulepszenia Kalibracja poza osią detektora (przestrzenna) – rekonstrukcja lokalizacji wierzchołka oddziaływania, rekonstrukcja energii Statystyczna eliminacja przypadkowych koincydencji KamLand – rozkład energii Coś o geoneutrinach Powstają w łańcuchach radioaktywnych rozpadów uranu i toru (głównie) Mamy zgrubne dane o koncentracji tych pierwiastków w skorupie ziemskiej; płaszcz i jądro - niewiadoma Najgrubsza skorupa – największy sygnał: Coś o geoneutrinach 2 Co mogą powiedzieć nam geoneutrina – Jaka jest zawartość pierwiastków radioaktywnych w głębszych warstwach (czy są obecne w jądrze?) – Jak dużo ciepła produkuje Ziemia? – Modele przepływu ciepła – Modele konwekcji płaszcza – Reaktor jądrowy wewnątrz Ziemi? KamLAND widzi geoneutrina! Kamland - ciekawostki KamLand – parametry oscylacji KamLand + słoneczne – parametry oscylacji KamLand – L/E i scenariusze oscylacji KamLand – parametry oscylacji KamLand - podsumowanie Przerywnik nr 1 LSND Podobny wynik dla wiązki neutrin mionowych (choć nadwyżka mniej znacząca). Mamy problem – trzy Δm2, więcej niż 3 zapachy neutrin? Pomysł – zróbmy eksperyment o podobnym L/E, żeby zweryfikować wynik LSND Prezentacja Steve’a Brice’a arXiv:0812.2243v2 [hep-ex] MiniBoone Test LSND (pojawianie się neutrin elektronowych) Wynik negatywny ale nadmiar przypadków w obszarze niskich energii •541m drogi oscylacji •Średnia energia wiązki 800MeV •800t oleju mineralnego wewnątrz sfery o średnicy 12m •1280 wewnętrznych fotopowielaczy MiniBoone – wyniki 2008 MiniBoone – analiza tła Problem: piony/gammy mogą udawać elektrony (może stąd nadmiar?) Efekt – nadal nadmiar Niewyjaśniony nadmiar 128.8±20.4±38.3 przypadków typu elektronowego w obszarze 200475MeV Planowane pomiary antyneutrin – już mamy pierwsze wyniki! MiniBoone - antyneutrina Nie ma sygnału oscylacyjnego (ale mała statystyka) Nie ma nadwyżki w obszarze niskich energii Prezentacja Giorgii Karagiorgi http://theory.fnal.gov/jetp/talks/karagiorgi.pdf MiniBoone – wiązka NuMi Wiązka NuMI (dla Minosa) Dobra zgodność z przewidywaniami dla neutrin mionowych i elektronowych Neutrina mionowe: Neutrina elektronowe: MiniBoone - Co dalej? MiniBoone podsumowanie Przerywnik nr 2 Nowe pomiary przekrojów czynnych Prezentacja Sam Zeller Przekroje czynne na oddziaływania neutrin o niskich energiach Istniejące pomiary sprzed wielu lat, na deuterze – minimalny wpływ efektów jądrowych Nowe potrzeby i możliwości – Istotne dla nowych eksperymentów z długą bazą i wymaganą wysoką precyzją pomiarów – T2K, Nova – Potrzebne pomiary na wodzie i węglu – materiałach używanych w nowoczesnych detektorach – Mamy do dyspozycji wiązki silniejsze niż kiedykolwiek Czego potrzebujemy? Niskie energie (~1GeV) Dominujące oddziaływania: quasi-elastyczne i z produkcją pojedynczych pionów Pomiary w latach 70 i 80 (głównie komory pęcherzykowe, na wodorze i deuterze) Później niemierzone – potrzebujemy pomiarów na bardziej złożonych jądrach (efekty jądrowe!) CC Antyneutrina Oddziaływania QE Oddziaływania quasi-elastyczne, najłatwiejsze do rekonstrukcji μ θ ν p Model gazu Fermiego Dlaczego interesują nas piony? Powstaje ich dużo przy interesujących nas energiach W wodnych detektorach Czerenkowa – Mion może być pomylony z pionem naładowanym - tło przy badaniu pojawiania się neutrin mionowych – Elektron może być pomylony z pionem obojętnym (dwa pierścienie od kwantów gamma z rozpadu pionu często nakładają się na siebie tworząc jeden pierścień typu elektronowego) – tło przy badaniu pojawiania się neutrin elektronowych Pomiary historyczne – ANL, BNL ANL (Argonne National Lab, lata 70.) BNL (Brookhaven National Lab, lata 80.) Szeroka wiązka neutrin mionowych do 6GeV/15GeV, maksimum w 0.5GeV/1.2GeV Detektor – komora pęcherzykowa o średnicy 12 stóp/7 stóp wypełniona wodorem lub deuterem, 10 m3 przestrzeni roboczej, w polu magnetycznym Protony 12.4GeV (ANL) uderzają w berylową tarczę 30m przestrzeni rozpadowej, 15m osłony (ANL) Przypadki rejestrowane fotograficznie na kliszy i skanowane! Pomiary historyczne – ANL, BNL Lekkie jądra (deuter) – obserwowalne protony spectatory o pędzie powyżej 100MeV/c Gammy wylatują z detektora – nie rejestrujemy pizer Pomiary przekrojów czynnych: QE, produkcja pionów naładowanych QE K2K (1999-2004) KEK2Kamioka – eksperyment z długą bazą Nas interesują wyniki z bliskich detektorów (300m od źródła) – jednego wodnego detektora czerenkowowskiego i dwóch scyntylacyjnych K2K – oddziaływania QE SciBar + MRD Interakcje na węglu Otrzymana masa aksjalna znacznie wyższa od wyników dotychczasowych pomiarów Starszy wynik: hep-ex/0603034, Phys. Rev. D 74, 052002 (2006). QE, SciFi + MRD, na wodzie MA=1.20±0.12GeV QE w MiniBoone QE: Stare i nowe rezultaty Stare pomiary – wodór, deuter – Małe jądra, mały wkład efektów jądrowych – Duże błedy systematyczne, m.in. niepewności dotyczące wiązki – Niższa wartość masy aksjalnej Nowe pomiary – woda, węgiel – Duży wkład efektów jądrowych – Wyższa wartość masy aksjalnej K2K: CC π0 Przekrój czynny na inkluzywną produkcję pionów neutralnych Być może istotny wkład od przypadków wielopionowych? K2K: CC π0 Wynik znacząco większy niż przewidywania K2K: CC π+ Produkcja ekskluzywna (bez wielopionowych) SciBar + MRD MiniBoone: NC π0 MiniBoone: NC π0 Co dalej? Co warto zapamiętać z tego seminarium Oscylacje – MiniBoone nie obserwuje oscylacji w obszarze LSND – przejścia między trzema zapachami (neutrina i antyneutrina!) – Wyraźny wzór oscylacyjny widziany przez KamLAND – Obserwacja geoneutrin Przekroje czynne – Wiele nowych wyników – Nowe eksperymenty – nowe potrzeby Backup KamLand – co dalej? Przygotowania do pomiarów neutrin słonecznych Badamy geoneutrina Oscylacje – 3 zapachy Zakładając Δ m2sol << Δ m2atm , Δ m213 = Δ m223 = Δ m2atm, Δ m212 = Δ m2sol , δ=0 mamy dwa przypadki: „atmosferyczny” – małe L/E P( ) cos 4 13 cos 2 2 23 sin 2 1.27m23 L / E 2 P( e ) sin 2 213 sin 2 23 sin 2 1.27m23 L / E 2 P( ) 1 sin 2 2 23 cos 4 13 sin 2 1.27m23 L / E P( e ) „słoneczny” – duże L/E 2 P( e ) cos 2 13 cos 2 212 sin 2 1.27m12 L / E 0.5 sin 2 213 Gdy θ13=0 (a jest na pewno małe), to… wzory redukują się do 2-zapachowych! 2
