Академик Моисей Александрович Марков 1908 - 1994
DESCRIPTION
Вторые Марковские чтения 12 – 13 мая 2004 года Дубна - Москва. Академик Моисей Александрович Марков 1908 - 1994. Осцилляции нейтрино. С.П. Михеев ИЯИ РАН. Что мы знаем об осцилляциях. Что мы хотим узнать. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ВторыеМарковские чтения
12 – 13 мая 2004 годаДубна - Москва
Что мы знаем об осцилляциях Что мы знаем об осцилляциях
Что мы хотим узнать Что мы хотим узнать
С.П. С.П. МихеевМихеев
ИЯИ РАНИЯИ РАН
С.П. С.П. МихеевМихеев
ИЯИ РАНИЯИ РАН
13 мая 2004 3С.П.Михеев
Осцилляции нейтрино – периодический во времени (или пространстве) процесс полного или частичного перехода одного типа нейтрино в другой, который возможен при наличии у нейтрино массы и смешивания.Смешивание означает, что состояния, которые участвуют в слабых взаимодействиях, не совпадают с
состояниями, имеющими определенные массы.
2-P(ee) = 1 – sin22sin2(1.27m2L/E)
13 мая 2004 4С.П.Михеев
Choji SajiNOON2004Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтрино
, K
e±
e
p, He …
Downward( L=10~100 km )
Upward( L=up to 13000 km )
Up/Down Symmetry
Zenith angle
E > a few GeV
13 мая 2004 5С.П.Михеев
ee
ee
Partially containedPartially contained
Fullycontained
Fullycontained
Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтриноЧеренковский детектор
Super-KamiokandeЧеренковский детектор
Super-Kamiokande
42m
39m
C Scientific American
50,000 тонн (22,500 тонн) 50,000 тонн (22,500 тонн)
Choji SajiNOON2004
13 мая 2004 6С.П.Михеев
~13000km ~500km ~15km
Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтриноSub-GeV Sub-GeV
Evis < 1.33 GeV
Pe > 100 MeV/c
P > 200MeV/c
Evis < 1.33 GeV
Pe > 100 MeV/c
P > 200MeV/c
Multi-GeVMulti-GeV
Evis > 1.33GeVEvis > 1.33GeV
Choji SajiNOON2004
13 мая 2004 7С.П.Михеев
Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтрино
Sub-GeV e-like
Multi-GeV e-like
Sub-GeV -like
Multi-GeV -like + PC
~13000km ~500km ~15km
Choji SajiNOON2004
13 мая 2004 8С.П.Михеев
• Best fit:sin22 =1.0m2 = 2.0x10-3 eV2
2 = 170.8/170 dof
• 90% C.L. region:sin22 > 0.901.3 < m2 < 3.0x10-3
eV2
Preliminary
2-flavor oscillations
Choji SajiNOON2004Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтрино
13 мая 2004 9С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент K2KK2K
ЭкспериментЭксперимент K2KK2K
K2K – K2K – первый эксперимент с дальними нейтрино первый эксперимент с дальними нейтрино для исследования осцилляций нейтрино, для исследования осцилляций нейтрино,
обнаруженных в атмосферных нейтрино.обнаруженных в атмосферных нейтрино.
K2K – K2K – первый эксперимент с дальними нейтрино первый эксперимент с дальними нейтрино для исследования осцилляций нейтрино, для исследования осцилляций нейтрино,
обнаруженных в атмосферных нейтрино.обнаруженных в атмосферных нейтрино.
KKEK-EK-12GeV 12GeV
PSPS
Super-Super-KKamiokanamiokan
dedeAtm.Atm.-- K2KK2K
LL 10~1010~1044kmkm 250250km(fix.)km(fix.)
EE 0.1~100GeV0.1~100GeV ~ 1.~ 1.33GeVGeV
mm22 1010-1-1 ~10 ~10-4-4eVeV22 > 2> 21010-3-3 eV eV22
ee 50 %50 % ~1%~1%
L=250 kmL=250 km
Takanobu IshiiNOON2004
13 мая 2004 10С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент K2KK2K
ЭкспериментЭксперимент K2KK2K
Takanobu IshiiNOON2004
Use both Number of events + Spectrum shape(June ’99 – July ’01) (Nov. ’99 – July ’01)
Null oscillation probability: less than 1% m2=1.5~3.9 x 10-3 eV2 @sin22(90%CL)
80.1+6.2 -5.4 exp56obs
reconstructed E
Normalized by areaExpectation w/o oscillation
Best Fit
Allowed region
68%90%99%
Best fit point2.8x10-3
13 мая 2004 11С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент K2KK2K
ЭкспериментЭксперимент K2KK2K
Takanobu IshiiNOON2004
sin22e
m2 (
eV2 )
K2K(90%CL)
CHOOZ(90%CL)e disappearance
SK atm. allowed (90%CL)
Results of Results of ee AnalysisAnalysis
electron candidate: 1 event observed
2.4 events expected.
13 мая 2004 12С.П.Михеев
Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтрино
Neutrino oscillation :
P = 1 – sin22sin2(1.27 )
m2LE
P = (cos2sin2x exp(– ))2m2 Neutrino decay
:
LE
Neutrino decoherence :
P = 1 – sin22 x (1 – exp(–))
21 L
E
Masaki IshitsukaNOON2004
13 мая 2004 13С.П.Михеев
Masaki IshitsukaNOON2004Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтрино
1489.2 days FC+PC
Best fit expectation w/ systematic errors
Null oscillation MC
Best-fit expectation
m2=2.4x10-3,sin22=1.00
2min=37.8/40 d.o.f
Preliminary
Mostly downward
Mostly upward
13 мая 2004 14С.П.Михеев
Солнечные нейтриноСолнечные нейтрино
protons
4He
+ 2e+ + 2e + 25MeV
13 мая 2004 15С.П.Михеев
Солнечные нейтриноСолнечные нейтрино
13 мая 2004 16С.П.Михеев
G.Fogli et al. hep-ph/0106247
G.Fogli et al. hep-ph/0106247
Солнечные нейтриноСолнечные нейтрино
13 мая 2004 17С.П.Михеев
Глубина 2039 м
5300 тоннобычной воды
1000 тонн тяжклой воды
1700 тонн обычной воды
9438 ФЭУ длявнутреннего
объема
91 ФЭУ для внешнего объема
(антисовпадения)
ЭкспериментЭксперимент SNOSNO
ЭкспериментЭксперимент SNOSNO
Kevin GrahamNOON2004
13 мая 2004 18С.П.Михеев
- Q = 1.445 MeV- good measurement of e energy spectrum- some directional info (1 – 1/3 cos)- e only
- Q = 2.22 MeV - measures total 8B flux from the Sun- equal cross section for all types
NCxx
npd
- low statistics - mainly sensitive to e, some and
- strong directional sensitivity
CC e−ppd e
ES e−e− x x
Kevin GrahamNOON2004
ЭкспериментЭксперимент SNOSNO
ЭкспериментЭксперимент SNOSNO
13 мая 2004 19С.П.Михеев
.)(.)(24.090.4
.)(.)(13.2
.)(.)(07.070.1
29.027.0
.
15.008.0
29.028.0
.
09.010.0
.
syststat
syststat
syststat
consIINC
consIIES
consIICC
.)(.)(09.5
.)(.)(39.2
.)(.)(76.1
46.043.0
44.043.0
.
12.012.0
24.023.0
.
09.009.0
06.005.0
.
syststat
syststat
syststat
consINC
consIES
consICC
Salt (phase II)
Pure D2O (phase I)
Kevin GrahamNOON2004
ЭкспериментЭксперимент SNOSNO
ЭкспериментЭксперимент SNOSNO
13 мая 2004 20С.П.Михеев
Солнечные нейтриноСолнечные нейтрино
13 мая 2004 21С.П.Михеев
Солнечные нейтриноСолнечные нейтрино
13 мая 2004 22С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
Измерение потока e от реакторов на расстоянии 180 кмИзмерение потока e от реакторов на расстоянии 180 км
Сфера диаметром 13 м1000 тонн жидкого сцинтиллятора
Сфера диаметром 13 м1000 тонн жидкого сцинтиллятора
e + p e+ + n e + p e+ + n
+ p d + (2.2 MeV)+ p d + (2.2 MeV)
прямой сигналпрямой сигнал
ЗадержанныйсигналЗадержанныйсигнал
13 мая 2004 23С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
13 мая 2004 24С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
Число событий
с E > 2.6 MeV 54 Ожидаемое число 86.8 ± 5.6 Фон 0.95 ± 0.99
Число событий
с E > 2.6 MeV 54 Ожидаемое число 86.8 ± 5.6 Фон 0.95 ± 0.99
Nobs – NBG
Nexpected
Nobs – NBG
Nexpected
= 0.611 ± 0.085 (stat) ± 0.041 (syst)= 0.611 ± 0.085 (stat) ± 0.041 (syst)
99.95 % C.L.
13 мая 2004 25С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
ЭкспериментЭксперимент KamLandKamLand
13 мая 2004 26С.П.Михеев
Ue1 Ue2 Ue3 U1 U2 U3 U1 U2 U3
Ue1 Ue2 Ue3 U1 U2 U3 U1 U2 U3
U = U =
Смешивание нейтриноСмешивание нейтрино
α = e,,,…; i =
1,2,3,…
α = e,,,…; i =
1,2,3,…
|α = ΣUαi |i |α = ΣUαi |i
ii
13 мая 2004 27С.П.Михеев
dddtdt
= H = H ii
Уравнение эволюцииУравнение эволюции
H Udiag(0,m21,m31)U* + diag(V,0,0)H Udiag(0,m21,m31)U* + diag(V,0,0)11
2E2E22 22
mji = mj - mi
mji = mj - mi
22 2222 V = 2GFNeV = 2GFNe
H Udiag(0,α,1)U* + diag(2EV/m31,0,0)H Udiag(0,α,1)U* + diag(2EV/m31,0,0)m31m31
2E2E
2222
α = m21/m31α = m21/m312 2
13 мая 2004 28С.П.Михеев
Смешивание нейтриноСмешивание нейтрино3 угла смешивания (12,23,13)и 1 фаза CP нарушения ()3 угла смешивания (12,23,13)и 1 фаза CP нарушения ()
сij = cosij
sij = sinij
сij = cosij
sij = sinij
1 0 0 0 с23 s23
0 -s23 c23
1 0 0 0 с23 s23
0 -s23 c23
с13 0 s13 ei
0 1 0 -s13 e-i 0 c13
с13 0 s13 ei
0 1 0 -s13 e-i 0 c13
с12 s12 0 -s12 c12 0 0 0 1
с12 s12 0 -s12 c12 0 0 0 1
U = U =
Атмосферные нейтриноm2 (1.310-3 3.010-3) eV2
Sin22 > 0.923
m32
m21
12
Солнечные нейтриноm2 (5.410-5 9.510-5) eV2
Sin22 (0.71 0.95)
13 мая 2004 29С.П.Михеев
Известные параметрыИзвестные параметры( , , sin2212, sin2223 )( , , sin2212, sin2223 )m2
1 m2
1
22 m3
1 m3
1
22
… и ограничение на sin2213… и ограничение на sin2213
13 мая 2004 30С.П.Михеев
Неизвестные параметрыНеизвестные параметры
sin2213 0.2sin2213 0.2
Знак m31 Знак m31 22
- фаза СР нарушения - фаза СР нарушения
Тип иерархии масс Тип иерархии масс
1
2
3
3
1
2
нормальная обратная
13 мая 2004 31С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
N. TaggNO-VE 2003
13 мая 2004 32С.П.Михеев
Far Detector485 planes of scintillator + steel8m x 8m octagon5.4 kT total mass
Near Detector282 steel + 153 scintillator planes3.8m x 4.8 m0.98 kT total mass
BOTH:Steel/Scintillator sandwiches2.54 cm steel + 1 cm scintMagnetized ~1.5T55%/E hadrons23%/E electrons
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
N. TaggNO-VE 2003
13 мая 2004 33С.П.Михеев
By moving the horns and target, different energy spectra areavailable using the NuMI beamline. The energy can be tuneddepending on the specific oscillation parameters expected/observed.
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
N. TaggNO-VE 2003
CC Events/kt/3.7e20pot Low Medium High 440 1040 2170
CC Events/MINOS/7.4e20pot Low Medium High 4760 11300 23400
3.7x1020 protons on target/yearrequires 4x1013 protons/2.0 seconds
Osc. Max. for m2 = 0.002 eV2
13 мая 2004 34С.П.Михеев
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
N. TaggNO-VE 2003
13 мая 2004 35С.П.Михеев
• MINOS sensitivities based on varying numbers of protons on target• MINOS sensitivities based on varying numbers of protons on target
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS
N. TaggNO-VE 2003
e
13 мая 2004 36С.П.Михеев
ПроектПроект J-PARC J-PARCПроектПроект J-PARC J-PARCT.Kobayashi
TaggLaThuile 2004
13 мая 2004 37С.П.Михеев
ПроектПроект J-PARC J-PARCПроектПроект J-PARC J-PARCT.Kobayashi
TaggLaThuile 2004
13 мая 2004 38С.П.Михеев
ПроектПроект J-PARC J-PARCПроектПроект J-PARC J-PARCT.Kobayashi
TaggLaThuile 2004
13 мая 2004 39С.П.Михеев
ПроектПроект J-PARC J-PARCПроектПроект J-PARC J-PARCT.Kobayashi
TaggLaThuile 2004
13 мая 2004 40С.П.Михеев
ПроектПроект J-PARC J-PARCПроектПроект J-PARC J-PARCT.Kobayashi
TaggLaThuile 2004
13 мая 2004 41С.П.Михеев
Distance (m)
P(ee)
Pee 1 cos4 13 1 sin212 sin2 m122L
4 E
Dominant 12 Oscillation
Pee 1 sin2 213 sin2 m312L
4E
m21
2L
4E
cos4 13 sin2 212
Subdominant 13 Oscillation
Реакторные Реакторные антинейтриноантинейтрино
P(ee)
13 мая 2004 42С.П.Михеев
1
23
Реакторные Реакторные антинейтриноантинейтрино
13 мая 2004 43С.П.Михеев