Neutrinowe eksperymenty reaktorowe i akceleratorowe. Masy neutrin.

neutrino.fuw.edu.pl

Neutrinowe eksperymenty reaktorowe i akceleratorowe. Masy neutrin.

Neutrinowe eksperymenty reaktorowe i

akceleratorowe. Masy neutrin.

17.01.2012

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 1 / 58


PLAN

Eksperymenty reaktorowe:

przeszłość: CHOOZ

teraźniejszość/przyszłość: KamLAND, Double CHOOZ, Daya Bay,

RENO

Eksperymenty akceleratorowe:

eksperymenty z długa˛

baza: ˛ K2K,MINOS,OPERA,Icarus,MINOS+,

T2K,NOvA

eksperymenty z krótka˛

baza: ˛ LSND,MiniBoone

Pomiary mas neutrin - KATRIN, eksperymenty 0νββ

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 2 / 58


Macierz mieszania dla neutrin



ν e

ν µ

ν τ



⎠ = ⎝


U e1 U e2 U e3

U µ1 U µ2 U µ3


U τ1 U τ2 U τ3

(

νe

)

ν µ =

ν τ




ν 1

ν 2


ν 3


⎞ ⎛

1 0 0 c 13 0 s 13 e −iδ ⎞ ⎛

⎞ ⎛

c 12 s 12 0

⎝ 0 c 23 s 23

⎠ ⎝ 0 1 0 ⎠ ⎝ −s 12 c 12 0 ⎠ ⎝

0 −s 23 c 23 −s 13 e iδ 0 c 13 0 0 1

} {{ } } {{ } } {{ }

neutrina atmosferyczne poszukiwane, wynik T2K ? deficyt

K2K,MINOS,OPERA,Icarus, MINOS,T2K,NOvA, neutrin słonecznych

T2K,NOvA CHOOZ,Double CHOOZ ... KamLAND

s ij = sin θ ij , c ij = cos θ ij , δ → faza łamania CP


ν 1

ν 2


ν 3

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 3 / 58


Model oscylacji neutrin - stan wiedzy

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 4 / 58


Model oscylacji neutrin - stan wiedzy

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 5 / 58


Eksperymenty reaktorowe, cz. 2

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 6 / 58


Eksperyment Double CHOOZ

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 7 / 58


Eksperyment Double CHOOZ

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 8 / 58


Eksperyment Double CHOOZ

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 9 / 58


Nowa kalkulacja strumieni neutrin z reaktora

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 10 / 58


Eksperyment RENO

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 11 / 58


Eksperyment RENO

Dwa detektory: Bliski i Daleki

Oczekiwane liczby przypadków: w Bliskim Detektorze 1280/dzień;

w dalekim detektorze 114/dzień

Konstrukcja detektorów zakończona w lutym 2011

Poczatek ˛ zbierania danych: sierpień 2011

Pierwsze wyniki: konferencja Neutrino 2012 (czerwiec 2012)

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 12 / 58


Eksperyment DayaBay

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 13 / 58


Eksperyment DayaBay

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 14 / 58


Eksperyment DayaBay

Osiem modułów (detektorów). Dwa bliskie stanowiska (po dwa

moduły) i jedno dalekie (cztery moduły).

Koniec instalacji i poczatek ˛ właściwego zbierania danych na

wiosnę 2012

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 15 / 58


Porównanie czułości eksperymentów

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 16 / 58


Eksperymenty akceleratorowe z długa˛

baza,

˛

cz. 2

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 17 / 58


Eksperyment T2K

odległość 295 km od źródła neutrin (głównie ν µ ) w Tokai (J-PARC)

do detektora w Kamioka

Bliski i Daleki detektor (inna technologia)

Cele:

odkrycie/poszukiwanie oscylacji ν µ → ν e ( θ 13 )

precyzyjne pomiary |∆m 2 atm | i θ 23

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 18 / 58


Eksperyment T2K

Detektory 2.5 ◦ poza osia˛

wiazki

˛

Maksimum dla energii neutrin

∼ 600MeV

Dominuja˛

oddziaływania QE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 19 / 58


Eksperyment T2K - Bliski Detektor

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 20 / 58


Eksperyment T2K - Daleki Detektor

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 21 / 58


Eksperyment T2K

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 22 / 58


Eksperyment T2K

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 23 / 58


Eksperyment T2K

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 24 / 58


Eksperyment T2K

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 25 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 26 / 58


Eksperyment NOvA

Detektory 14 mrad poza osia˛

wiazki

˛

Maksimum dla energii neutrin

∼ 2GeV

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 27 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 28 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 29 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 30 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 31 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 32 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 33 / 58


Eksperyment NOvA

NOvA planuje zbierać dane dla wiazki

˛

ν µ (3 lata) i ν µ (3 lata)

Duże efekty (30%) zwiazane ˛ z

oddziaływaniem z materia ˛ (11% w

T2K)

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 34 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 35 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 36 / 58


Eksperyment NOvA

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 37 / 58


Eksperymenty akceleratorowe z krótka˛

baza, ˛ cz. 2

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 38 / 58


Eksperyment LSND

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 39 / 58


Neutrina sterylne

Neutrina sterylne nie oddziaływałyby w żaden standardowy sposób,

ale mogłyby podlegać oscylacjom.

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 40 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 41 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 42 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 43 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 44 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 45 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 46 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 47 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 48 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 49 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 50 / 58


Eksperyment MiniBooNE

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 51 / 58


MiniBooNE: perspektywy

MiniBOONE: ∼ podwojenie statystyki dla ν

Nowy eksperyment MicroBooNE (TPC, ciekły Argon), przed

MiniBooNE (2013) do sprawdzenia nadwyżki zdarzeń dla małych

energii

Nowe propozycje eksperymentów do weryfikacji wyników

LSND/MiniBooNE: BooNE - bliski detektor do MiniBooNE’a,

projekt w CERN’ie, . . .

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 52 / 58


Pomiary mas neutrin

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 53 / 58


Masy neutrin

Dzięki temu że neutrina podlegaja˛

oscylacjom, wiadomo że maja˛

masę

Z modelu oscylacji można wyznaczyć tylko różnice kwadratów

mas ∆m 2

Najdokładniejsze ograniczenia na masę neutrin z rozpadów β

trytu

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 54 / 58


Masy neutrin

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 55 / 58


Masy neutrin

Eksperyment nowej generacji: KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino

Experiment)

potencjał wyznaczenia masy neutrina do 0.35 eV (ze

znaczonościa˛

statystyczna˛

5σ) lub wyznaczenie granicy na masę

< 0.2 eV

Oczekiwany poczatek ˛ zbierania danych: 2014 rok

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 56 / 58


Podsumowanie

Eksperymenty reaktorowe i akceleratorowe drugiej generacji

obecnie nastawione sa˛

przede wszystkim na zmierzenie

brakujacego ˛ elementu modelu oscylacji: kata ˛ θ 13

Rośnie zainteresowanie poszukiwaniem neutrin sterylnych (wyniki

LSND, MiniBooNE, reactor neutrino anomaly, . . . )

Stale nie ma ostatecznego potwierdzenia, że neutrina mionowe

oscyluja˛

w neutrina taonowe (oscylacje atmosferyczne)

KATRIN, eksperyment nowej generacji do pomiaru masy neutrin,

będzie miał czułość < 0.2 eV

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 57 / 58


Materiały

Wykład From neutrinos to cosmic sources prof. D.Kiełczewska i

prof. E.Rondio

Prezentacje z LowNu 2011, International Workshop on Low

Energy Neutrino Physics, Seoul, South Korea

Prezentacje z International Neutrino Summer School 2011

K.Grzelak ()

Fizyka Czastek ˛ II 2012 58 / 58

More magazines by this user
Similar magazines