Oscylacje i nie tylko (głównie z konferencji Neutrino 2008 w Christchurch, NZ) KamLAND / MiniBoone / Przekroje czynne Paweł Przewłocki Warszawska Grupa Neutrinowa

Christchurch, Nowa Zelandia

Oscylacje neutrin Oscylacje dwóch zapachów Dwa zestawy rezultatów: atmosferyczne i słoneczne

Oscylacje neutrin ZAPACHMASA atmosferyczne SK, K2K, MINOS θ o |Δm 2 23 | ~ 2.5×10 -3 eV 2 θ o |Δm 2 23 | ~ 2.5×10 -3 eV 2 słoneczne SNO, KamLand θ o Δm 2 12 ~ 8×10 -5 eV 2 θ o Δm 2 12 ~ 8×10 -5 eV 2CHOOZ θ 13 < 10 o θ 13 < 10 o

O czym będę mówił Oscylacje – mała Δm 2 –KamLand Oscylacje – duża Δm 2 –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: v3 [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 Mamy problem – trzy Δm 2, więcej niż 3 zapachy neutrin? Pomysł – zróbmy eksperyment o podobnym L/E, żeby zweryfikować wynik LSND Podobny wynik dla wiązki neutrin mionowych (choć nadwyżka mniej znacząca).

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 Prezentacja Stevea Bricea arXiv: v2 [hep-ex]

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 MeV 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

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 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 Prezentacja Sam Zeller

Czego potrzebujemy? CC 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!)

Antyneutrina

Oddziaływania QE Oddziaływania quasi-elastyczne, najłatwiejsze do rekonstrukcji Model gazu Fermiego θ ν μ p

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 m 3 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 ( ) 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/ hep-ex/ , Phys. Rev. D 74, (2006). QE, SciFi + MRD, na wodzie M A =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 π 0 Przekrój czynny na inkluzywną produkcję pionów neutralnych Być może istotny wkład od przypadków wielopionowych?

K2K: CC π 0 Wynik znacząco większy niż przewidywania

K2K: CC π + Produkcja ekskluzywna (bez wielopionowych) SciBar + MRD

MiniBoone: NC π 0

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 m 2 sol << Δ m 2 atm, Δ m 2 13 = Δ m 2 23 = Δ m 2 atm, Δ m 2 12 = Δ m 2 sol, δ=0 mamy dwa przypadki: atmosferyczny – małe L/E słoneczny – duże L/E Gdy θ 13 =0 (a jest na pewno małe), to… wzory redukują się do 2-zapachowych!