Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem Krzysztof M. Graczyk IFT, Uniwersytet Wrocławski.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem Krzysztof M. Graczyk IFT, Uniwersytet Wrocławski."— Zapis prezentacji:

1 Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem Krzysztof M. Graczyk IFT, Uniwersytet Wrocławski

2 Bardzo małe przekroje czynne Brak ładunku elektrycznego Detektory o dużej masie Detektory o dużej masie K2K (O), ICARUS, T2K (Ar), Minos (Fe), OPERA (Pb) Słaba znajomość wiązki neutrin Neutrina akceleratorowe: K2K, T2K, CNGS, MINOS. Neutrina akceleratorowe: K2K, T2K, CNGS, MINOS. Niepewności od 10 do 20% Niepewności od 10 do 20% 2 główne cele: oscylacje neutrin wewnętrzna struktura nukleonu M. H. Ahn, et al., Phys. Rev. D74, (2006) oddziaływanie: neutrino-jądro

3 Jak oddziałuje neutrino np. w K2K Oddziaływanie Charged Current Oddziaływanie Neutral Current Jak modelować???

4 Jak modelować? Neutrino o energiach kilka GeV Impulse Approximation: neutrino oddziałuje jednocześnie tylko z jednym nukleonem Impulse Approximation: neutrino oddziałuje jednocześnie tylko z jednym nukleonem Wyjątek: Koherentna produkcja pionów Wyjątek: Koherentna produkcja pionów Opis oddziaływania: rozpraszanie neutrina na swobodnym nukleonie rozpraszanie neutrina na swobodnym nukleonie Nałożenie efektów jądrowych: różne podejścia i metody, bardziej lub mniej wyrafinowane. Nałożenie efektów jądrowych: różne podejścia i metody, bardziej lub mniej wyrafinowane.

5 Rozpraszanie typu CC ROZPRASZANIE: Kwazielastyczne QE: Nieelastyczne: Rezonanse Tło nierezonansowe SPP: produkcja pojedynczych pionów DIS: rozpraszanie nieelastyczne Formalizm DIS Hadronizacja  stany wielocząstkowe

6 C. Juszczak, J.T. Nowak, J.T. Sobczyk, Nucl.Phys.Proc.Suppl.159: ,2006 K2K K2K: E = (0.3, 5) GeV z maksimu w 1.2 GeV M. H. Ahn, et al., Phys. Rev. D74, (2006) W K2K zawsze mamy do czynienia z mieszanką oddziaływań QE, RES oraz DIS okraszonych efektami jądrowymi

7 Jak najogólniej zapisać przekrój czynny OPIS PRĄDOWY: QE, REZ Form Faktory Hipoteza CVC Rozpraszanie: ep, en Hipoteza PCAC Używać opisu, który opiera się o dokładny opis elektroprodukcji

8 Przypadek rozpraszania na swobodnym nukleonie Rozpraszanie kwazielastyczne Elektroprodukcja: (hipoteza CVC)

9 Form faktory elektromagnetyczne Postać Dipolowa Dopasowanie BBA2003:H. Budd, A. Bodek, J. Arrington, hep-ex/ , NUINT02

10 Form Faktory Aksjalne Rozpad beta Hipoteza PCAC

11 Uwzględnienie efektów jądrowych (Jak??) Pomiar Jak oddziałuję Neutrino ze swobodnym Nukleonem? ??

12 Efekty jądrowe Relatywistyczny gaz Fermiego Zakaz Pauliego Zakaz Pauliego Ruch Fermiego Ruch Fermiego Energia wiązania Energia wiązania Lokalny profil gęstości Lokalny profil gęstości Korelacje krótko i długo zasięgowe Funkcja spektralna Funkcja spektralna Przybliżenie RPA Przybliżenie RPA FSI: oddziaływanie produktów rozpraszania z jądrem Zakaz Pauliego K. M. Graczyk, J. T. Sobczyk, Eur. Phys. J. C. 31, 177 (2003),

13 Bliski detektor K2K Wyznaczenie Masy aksjalnej QE w K2K – pomiary rozpraszania neutrino-tlen R. Gran et al., Phys.Rev.D74:052002,2006.

14 Jak wybrano zdarzenia QE QE Dla dwu-śladowych zdarzeń rekonstruowano pęd „protonu” jako QE jeśli zgadzało się z dokładnością do 25 stopni to zakładano że mamy zdarzenie QE Rozważano zdarzenia jedno i dwu śladowe. Ślady musiały kończyć się w MRD Dłuższe ślady identyfikowano z mionami Założono, że neutrony w jądrze spoczywały

15 Analiza zdarzeń E rec powrzucano do koszyków: , , , , 2.5-, GeV. Koszyki dla Q2 co 0.1 GeV2/c2. Porównanie z MC QE SPP: model RS  0: koherentna produkcja (RS) DIS: GRV94 z poprawkami Bodka Gaz Fermiego z energią wiązania Kaskada Rozkład kątowy mionów oraz rozkład pędów mionów najlepiej pasowało do symulacji bez koherentnej produkcji pionów

16 Jak wybrać zdarzenia?

17 Wyniki W analizie nie zawarto zdarzeń z Q2<0.2 GeV2 Za dużo w małym Q2 Potrzeba dobrego opisu SPP, itd.. SPP: istotne tło w analizie Chyba za duża: patrz całkowity przekrój wcześniej oraz szacunek A. Ankowskiego, Acta Phys.Polon.B37:377,2006.

18 Rezonansowa produkcja pojedynczych pionów Jak Rein i Sehgal model FKR zastosowali...

19 J. T. Sobczyk, J. A. Nowak, Acta Phys.Polon.B37: ,2006. QE Delta(1232) Jak opisywać? Produkcja Delty(1232)  model form faktorowy, w oparciu o elektroprodukcje Neutrinoprodukcja i elektroprodukcja: model Lee- Sato – uwzględnia tło nierezonansowe. Elektroprodukcja: MAID: grupa z Mainz Podejście zastosowane przez Reina i Sehgala: model kwarkowy – opisuje obszar rezonansowy do W < 2 GeV.

20 FKR: Relatywistyczny kwarkowy model oscylatorowy w służbie neutrinom Fotoprodukcja: R.P. Feynman, M. Kislinger, and F. Ravndal, Phys. Rev. D 3, 2706 (1971) Elektroprodukcja: F. Ravndal, Phys. Rev. D 4, 1466 (1971) Neutrinoprodukcja: F. Ravndal, Lett. Nuovo Cimento, (1972) Lett. Nuovo Cimento, (1972) Nuovo Cimento, 18A 385 (1973) Nuovo Cimento, 18A 385 (1973) D.Rein and L.M. Sehgal, Annals Phys. 133 (1981) 79 D.Rein, Z. Phys. C 35 (1987) 43 Trzy kwarki oddziałujące harmonicznie

21 Konstrukcja prądu oddziaływania Foton, bozon Z lub W Model FKR powinien opisywać także rozpraszanie elastyczne!!!  N Nukleon Barion FKR Rein i Sehgal

22 Funkcja falowa barionu Dla każdego rezonansu konstruujemy funkcje falową: reprezentacja Sym(SU(2)xSU(3)xO(3)) Musimy znać liczby kwantowe: J, s, L, N, Q Wyliczamy elementy macierzowe prądów hadronowych: amplitudy skrętnościowe Problemy na 3 i 4 poziomie oscylatora!!!

23 Parametry modelu Model zadany jest tylko przez trzy zewnętrzne parametry: Nachylenie trajektorii Regge:  Nachylenie trajektorii Regge:  Masy: wektorowa i aksjalna Masy: wektorowa i aksjalna Używa się fizycznych parametrów dla rezonansów Stosunkowo niewielko liczba parametrów zewnętrznych!!!

24 Kwadraty mas rezonansów w zależności od liczby wzbudzenia (N) Parametr 

25 Neutrinoprodukcja rezonansów CC NC

26 Rein i Sehgla uwzględnili 18 rezonansów

27 Prąd oddziaływania Dwa rodzaje Form Faktorów elektroprodukcja tylko neutrinoprodukcja

28 Granica elastyczna: część wektorowa (proton) Masa rezonansu  Masa nukleonu Elektroprodukcja Neutrinoprodukcja F. Ravndal, Phys. Rev. D 4, 1466 (1971)F. Ravndal, Nuovo Cimento, 18A 385 (1973) Wkład Rezonansowy odstępstwo od rzeczywistości

29 Granica elastyczna część aksjalna Występująca w opisie RS masa aksjalna i wektorowa winna być identyczna jak w rozpraszaniu QE

30 Konfrontacja z danymi na elektroprodukcje M. Osipenko et al., arXiv:hep-ex/ : arXiv:hep-ex/ : Detektor CLAS (Hall B) JLab.

31 Funkcja F2 Odtwarzając przekroje czynne nie uwzględniliśmy interferencji rezonansów. Bardzo wczesne rachunki

32 Neutrinoprodukcja pionów Wcut=1.6 GeV

33

34 Problemy modelu Model FKR nie opisuje wkładu elektrycznego do amplitudy na produkcję  (1232) (około 1.5%). Rezonans P33(1440) (Roper) – nie do końca wiadomo jak opisywać. Tło nierezonansowe: brak konsystentnego opisu.

35 Nasze poprawki Próbujemy zmienić Form Faktory Dodaliśmy 7 rezonansów 5 poniżej 2 GeV 5 poniżej 2 GeV 2 Powyżej 2 GeV 2 Powyżej 2 GeV Dodaliśmy masę leptonu do modelu Bardzo wczesne rachunki

36 Poprawmy form faktory... M. Osipenko et al., arXiv:hep-ex/ Zamierzamy porównać się z form faktorami na produkcje  (1223)  wkład J. Sobczyka Bardzo wczesne rachunki

37 Rezonanse poniżej 2 GeV Znikające wkłady (w ramach FKR) (****) Rezonanse poniżej 2 GeV Dodajmy pozostałe rezonanse

38 Bardzo wczesne rachunki Dwa kanały SPP na neutronie

39 Bardzo wczesne rachunki Inkluzywny przekrój czynny: elastyczności równe jedności Dualność: K. M. Graczyk, C. Juszczak J. T Sobczyk Nucl.Phys.A781: ,2007

40 SPP w MiniBooNE Kalorymetr czerenkowski w MiniBooNE nie pozwala na obserwacje „wyrzuconych” nukleonów – pomiar zdarzeń semi- inkluzywnych – nie rozróżniane są kanały ekskluzywne. Analizowano procesy na produkcję  Powyższe zdarzenia mogą stanowić aż 25% wszystkich rejestrowanych zdarzeń W MiniBooNE. M.O. Wascko, Nucl.Phys.Proc.Suppl.159:50-55,2006.

41 Przekroje czynne na SPP Obserwowane liczba zdarzeń CC1  jest normalizowana do CCQE i przyrównana do przekrojów czynnych otrzymanych w MC – ta sama wiązka neutrin produkuje obydwa rodzaje zdarzeń. Ominiecie problemu zmiany wiązki związanej z oscylacjami neutrin i generalnej nieznajomości wiązki. Zakładając, że wyniki MC dla QE są bardzo bliskie CC1p+ rzeczywistym, można otrzymać przekrój czynny CC1p+ Prawdziwa liczba zdarzeń Prawdziwa energia neutrin

42 Analiza MC (NUANCE) Surowy stosunek uzyskany w MC jest okraszany przez energy smearing, cut efficiency and presence of background. Skupiono się na obszarze E(0.5, 1.4) GeV

43 SPP w MiniBoone 25 %

44 Uwagi końcowe Aby dokładnie opisać rozpraszanie neutrin na swobodnych nukleonach musimy dobrze zrozumieć oddziaływanie neutrin z jądrami. Istnieje potrzeba udoskonalania teoretycznych modeli opisujących produkcje pojedynczych pionów: Poprawienie opisu RS (K.G + J. S.) Poprawienie opisu RS (K.G + J. S.) Doskonalszy opis efektów jądrowych Koherentna produkcja pionów (może K.G. po NuInt07) Koherentna produkcja pionów (może K.G. po NuInt07) Opis jądra w ramach funkcji spektralnej (A. A. + J. S.) Opis jądra w ramach funkcji spektralnej (A. A. + J. S.) FSI: Kaskada (C.J. + współpraca z D. S. (Kraków)) FSI: Kaskada (C.J. + współpraca z D. S. (Kraków)) Potrzeba porównywania się z jak najdokładniejszymi pomiarami eksperymentalnymi

45  N

46 Koherentna Produkcja Pionów Neutrino oddziałuje jednocześnie z całym jądrem. Oddz. zachodzi w przypadku: i) niewielkich przekazów pędów i) niewielkich przekazów pędów ii) niewielkich przekazów czteropędu Q2. Liczby kwantowe opisujące jądro nie ulegają zmianie (ładunek, spin, izospin). Oddziaływanie następuje poprzez wymianę neutralnego bozonu izoskalarnego.

47 Koherentna Produkcja Pionów CC NC E. A. Paschos, A. Kartavstev, hep-ph/ D. Rein, M. Sehgal, Nucl. Phys. B223 (1983) 29

48 Doświadczenie Piony produkowane są w kierunku do przodu względem kierunku ruchu neutrina. Niezbędne w przypadku analizy oddziaływania e – elektrony rozpraszane są w tym samym kierunku. Analiza koherentnej produkcji pionów pozwala na badanie hipotezy PCAC – przekrój jest proporcjonalny do funkcji pionowej. Eksperyment Miner a pozwoli na rekonstrukcje 30% zdarzeń z koherentnej produkcji   (   produkowane do przodu w wyniku rozpadu rezonansu są znacznie mniej energetyczne. H. Gallagher, D. Harris, A. Kartavtsev, E.A Paschos: Neutral and Charged Current Neutrino-Nucleus Coherent measurements raport MINER 

49 Koherentna produkcja pionów M. Hasegawa, et al. Phys. Rev. Lett 95, (2005) Nie widać koheretnej produkcji pionów – konflikt z przewidywaniami Reina i Sehgala

50 Uwagi końcowe Potrzeba lepszego opisu rezonansów w obszarze do 2 GeV  Modyfikacje opisu RS. Uwzględnienie efektów jądrowych odgrywa kluczową rolę. Potrzebny lepszy opis produkcji koherentnej pionów. Za małe przekroje czynne dla niewielkich energii. Brak dobrego opisu na produkcje koherentną pionów. Model FKR nie dość dobrze pasuje do danych na elekroprodukcję.

51 Bliski detektor Napisz jaki jest ten detektor, rozmiary itd.. Pomiar, który jest konfrontowany z MC. MC zawiera pewien opis modelowy Pomiar jest sprzężony z nie doskonałościami modelowymi Niedoskonałości modeli sprzężone z niedokładnościami pomiarowymi.

52 Neutrina akceleratorowe na przykładzie K2K Bardzo duż liczba efektów do uwzględnienia Reinterakcja pionów w materii jądrowej Rozpady pionów Geometria wiązki Wzór z pracy K2K, na temat fluxu

53 O czym będzie Jak opisać oddziaływanie?? Konfrontacja modeli teoretycznych z doświadczeniem (głównie K2K) Problemy Problemy Opis Reina i Sehgala w generatorach Monte Carlo.

54 Dlaczego badać neutrina Oscylacje Neutrin Pomiar macierzy mieszania Pomiar macierzy mieszania Hierarchia mas Hierarchia mas Jak rozszerzyć model standardowy Jak rozszerzyć model standardowy Oddziaływanie neutrino-nukleon Badanie wewnętrznej struktury nukleonu Badanie wewnętrznej struktury nukleonu Neutrino w astrofizyce i kosmologii

55 Jak najogólniej zapisać przekrój czynny OPIS TENSOROWY: DIS Efekty jądroweFunkcje odpowiedzi

56 Rozpad Rezonansu  N Zachowany jest całkowity moment pędu! Układ spoczywającego rezonansu Kwadrat amplitudy rozpadu można wyrazić przez sumę fal parcjalnych! Gdy rozpatrujemy przekrój czynny tylko w zależności od W wycałkowany po kątach: Interferują tylko rezonanse o tym samym momencie pędu dla układu  N, oraz o tym samym spinie. Interferują tylko rezonanse o tym samym momencie pędu dla układu  N, oraz o tym samym spinie.

57 Interferencja Gdy rozpatrujemy przekrój czynny tylko w zależności od W wycałkowany po kątach: Interferują tylko rezonanse o tym samym momencie pędu dla układu  N, oraz o tym samym spinie. Interferują tylko rezonanse o tym samym momencie pędu dla układu  N, oraz o tym samym spinie.

58 Produkcja  (1232) Model opisuję wkład elektryczny. Część wektorowa odtworzona na podstawie elektroprodukcji. Potrzeba wyznaczenia form faktorów aksjalnych.

59 W K2K prawie zawsze mamy do czynienia z mieszanką oddziaływań QE, RES oraz DIS okraszonych efektami jądrowymi M. H. Ahn, et al., Phys. Rev. D74, (2006) Minimum oscylacyjne

60 H. Budd, A. Bodek, J. Arrington, hep-ex/ , NUINT02 Dopasowania BBA2003 Dane z „JLab Hall A”

61 Koherentna produkcja pionów

62 Ustalenie MA??? –chyba zrezygnować Efekty jądrowe Detector acceptence and resolution


Pobierz ppt "Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem Krzysztof M. Graczyk IFT, Uniwersytet Wrocławski."

Podobne prezentacje


Reklamy Google