Badanie oscylacji neutrin w eksperymencie T2K Krzysztof M. Graczyk Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytet Wrocławski.

Prezentacja na temat: "Badanie oscylacji neutrin w eksperymencie T2K Krzysztof M. Graczyk Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytet Wrocławski."— Zapis prezentacji:

1 Badanie oscylacji neutrin w eksperymencie T2K Krzysztof M. Graczyk Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytet Wrocławski

2 Neutrinowy eksperyment tzw. długiej bazy - drugiej generacji

3 Dlaczego badać oscylacje? Fizyka poza granicami modelu Standardowego!!! Jakie są masy neutrin? Jaka jest hierarchia mas? Czy symetria CP jest łamana w sektorze leptonowym? C. Walter, NuInt07 10 -3 eV 2 10 -5 eV 2

4 Oscylacje neutrin Macierz Maki-Nakagawa-Sakata (MNS) AtmosferyczneSłoneczne Mieszanina trzech stanów masowych z różnymi fazami

5 Oscylacje neutrin Model zakładający 3 rodziny (Wynik MiniBooNE) 6 parametrów do wyznaczenia Dwie różnicę kwadratów mas Trzy kąty Jedna faza CP (dla neutrin Diraca) Detektor Źródło

6 Jak wyglądają dotychczasowe parametry oscylacji Super-Kamiokande, K2K, MINOS). CHOOZ, neutrina reaktorowe KamLand, oraz neutrina słoneczne

7 Cele 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

8 CHOOZ

9 Jak oddziałuje neutrino T2K Oddziaływania w jądrze mają istotny wpływ na produkty końcowe!!! Oddziaływanie Neutral Current Oddziaływanie Charged Current Foton, bozon Z lub W Nukleon N

10 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 zmodyfikowanych efektami jądrowymi Oddziaływania typu QE SPP Rezonansowe Nierezonansowe Koherentne Głęboko nieelastyczne

11 ND 280m ND 2km Off-Axis W przyszłości JHF SK 295 km

12 Produkcja neutrin w JHF 50 GeV Proton Synchrotron –3.3x10 14 ppp –Repetition rate: 0.292 Hz –Moc: 0.77 MW, 10 21 POT (jeden rok) – 130 dni operacyjnych Komora rozpadu pionów: 80 m

13 Konfiguracja Off-Axis OA3 o OA2.5 o OA2 o D. Karlen, NuInt05 Dla OA2: E max =0.75 GEV SK

14 Spektrum energetyczne wiązki w SK Off-axis: OA2 e Rozpady z Kaonów W maksimum spektrum: e / rzędu 0.2 %

15 Daleki 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.

16 m 2 (eV 2 ) CC-QECC-nonQENC Wszystkie Brak oscylacji3,6201,089964,805 2.0x10 -3 933607961,636 2.3x10 -3 723525961,344 2.7x10 -3 681446961,223 3.0x10 -3 800414961,310 Oczekiwana liczba zdarzeń neutrin dla 3x10 21 POT dla pomiaru deficytu dla różnych wartości m 2 23 z sin 2 2 23 =1.0 i sin 2 2 =0.0, dla 5 lat pracy.

17 A. Vacheret, NuInt07

18 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

19 Przewidywania dla T2K Rekonstrukcja energii na podstawie zdarzeń QE

20 Bliski 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 Pomiar i monitoring kierunku wiązki ND280

21 Rozmiar: 3.5x3.6x8m 3 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. ND280 TRACKER

22 A. Vacheret, NuInt07

23 ND280: Pomiar przekrojów czynnych Produkcja pojedynczych pionów: –NC1 CC1 tło dla pomiaru deficytu –NC1 0 tło dla pomiaru e Pomiar przekrojów czynnych? Badanie oddziaływań słabych –Badanie struktury nukleonu Wiązka 10 21 POT w 1-tonowym FGD.

24 Przekroje czynne CC M.O. Wascko, NuInt05 Niższe niż się wydawało przekroje czynne! MiniBooNE Dla T2K, produkcja pojedynczych pionów Następuje głównie poprzez wzbudzenie Rezonansu (1232).

25 SPP w procesach typu NC K. M. Graczyk, NuInt07

26 Kilka słów na koniec Eksperyment T2K znacząco przybliży nas do prawdy o własnościach neutrin –parametry oscylacji –Natura oddziaływań neutrin