Badanie oscylacji neutrin w eksperymencie T2K
-
Upload
zachary-calhoun -
Category
Documents
-
view
24 -
download
0
description
Transcript of Badanie oscylacji neutrin w eksperymencie T2K
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
12 Countries Canada, France, Germany, Italy,
Japan, Korea, Poland, Russia, Spain, Switzerland, UK, USA
60 Institutes, 300 Ph.D. members
Polska Grupa w T2KPolska Grupa w T2K
PL we Współpracy T2K
Instytut Fizyki Jądrowej – Kraków (3)Instytut Problemów Jądrowych – Warszawa (5)Politechnika Warszawska (7) Uniwersytet Śląski (2)Uniwersytet Warszawski (2)Uniwersytet Wrocławski (3) razem 22 osoby
77 lat od hipotezy W. Pauliego -77 lat od hipotezy W. Pauliego -Dlaczego badać neutrina?Dlaczego badać neutrina?
• Fizyka poza granicami modelu Standardowego!!!
• Jakie są masy neutrin?• Jaka jest hierarchia mas?• Czy symetria CP jest łamana
w sektorze leptonowym?• Dlaczego macierze mieszania
kwarkowa i leptonowa są różne?
1
C. Walter, NuInt07
3
2
1
10-3 eV2
10-5 eV2
lubodwrotna
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
CHOOZ252
12
12
108
32
eVm
o
KamLand,oraz neutrina słoneczne
Łamanie CP tylko w pomiarze produktów oscylacji
232
132
2322
2
3132
232
1322
2sincos2sin2sin
22sin2
1sin2sin2sin
ee U
)(sin2sin1)(
sin2sin)(
2322
2322
e
ee
PP
P
T2K - badamy dwa kąty mieszania
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
eCP
CHOOZ
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
XN Oddziaływania typu:•QE•Produkcja pojedynczych pionów SPP
•Rezonansowe•Nierezonansowe•Koherentne
•nieelastyczne
Rozpraszanie na swobodnym nukleonie
Efekty jądrowe wpływają znacząco na •kinematykę•przekroje czynne•liczbę stanów końcowych
Jak będzie oddziaływać neutrino w Jak będzie oddziaływać neutrino w T2KT2K
......
......
...
n
nN
p
p
Xi
i
0'
16
bozonuwymina : ''
bozonuwymina :
ZXA
WXAO
ii
xi
ix
Oddziaływanie Neutral Current
Oddziaływanie Charged Current
Foton, bozon Z lub WNukleon
N
Różne teoretyczne opisy oddziaływania neutrina z jądrem
Wkład aksjalny!!!
ND 280m
ND 2km Off-Axis
W przyszłości
JHF
SK
295 km
Materials and Life ScienceExperimental Facility
Hadron Beam Facility
Nuclear Transmutation
J-PARC FacilityJ-PARC Facility
J-PARC = Japan Proton Accelerator Research Complex
3 GeV Synchrotron(25 Hz, 1MW)
Linac
(350m)
50 GeV Synchrotron
(0.75 MW)
500 m
Neutrino to Kamiokande
K. Nishikawa, Korea
Upstream of Linac Tunnel
NeutrinoTunnel
50 GeV Tunnel
From 3 GeV toMaterials and Life
Middle of Linac Tunnel
From Linacto 3 GeV
3 GeVExtraction Point
TunnelTour
JPARCJPARC
Produkcja neutrin w JHFProdukcja neutrin w JHF
• 30 GeV Synchrotron Protonowy
• Dla 50 GeV: 3.3x1014 ppp– Repetition rate: 0.292
Hz– Moc: 0.77 MW, 1021
POT (jeden rok) – 130 dni operacyjnych
• Komora rozpadu pionów: 130 m
Konfiguracja Off-AxisKonfiguracja Off-Axis
Wybrano OA 2.5o
ND280
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 K2K
M. H. Ahn, Phys.Rev. D74 (2006) 072003
K2K
Rekonstrukcja energii na podstawie zdarzeń QE
lll
llQE
PEM
mMEE
cos2
2 2
Przewidywania dla T2KPrzewidywania dla T2K
kmeV
GeV
E
LmP
2
2232
232 267.1sin2sin1)(
232
232
10
0.1sin
23 eVm
232 2sin
223m
Odejmujemy tło
A. Vacheret, NuInt07
ND280ND280
Pomiar i monitoring kierunku wiązki
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
ND280
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.
ND280TRACKER
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
• Przekroje w małym Q2
Wiązka 1021 POT w 1-tonowym FGD.
Przekroje czynne dla oddzialywan Przekroje czynne dla oddzialywan typu CCtypu CC
M.O. Wascko, NuInt05
Niższe niż się wydawało przekroje czynne!MiniBooNE
Przeszacowane przekroje czynne w małym Q2?
Przekroje czynne dla oddziaływania Przekroje czynne dla oddziaływania typu NCtypu NC
• Śladowe dane eksperymentalne
• Opis oddziaływania typ NC– Jakie Form Faktory?
• Produkcja Pojedynczych Pionów w reakcjach NC– Zgodność dla sektora CC nie oznacza
zgodności dla sektora NC?
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– Przekroje czynne dla oddziaływań neutrin
• Badanie struktury nukleonu
• Rok 2009: pierwsze pomiary
PlanPlan
• Beam line construction started Apr. 2004• ND280 pit construction start Jul. 2007• UA1 magnet installation Apr. 2008• Completion of ND280 building Mar. 2009• Neutrino beam line commissioning Apr. 2009• ND280 Commissioning Oct. 2009