Вторые Марковские чтения 12 – 13 мая 2004 года Дубна - Москва

Что мы знаем об осцилляциях Что мы хотим узнать С.П. Михеев ИЯИ РАН С.П. Михеев ИЯИ РАН

13 мая С.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( e e ) = 1 – sin 2 2 sin 2 (1.27 m 2 L/E)

13 мая С.П.Михеев Choji Saji NOON2004 Атмосферные нейтрино, K e±e± e p, He … Downward L=10~100 km Upward L=up to km Up/Down Symmetry Zenith angle E > a few GeV

13 мая С.П.Михеев e e e e Partially contained Fully contained Fully contained Атмосферные нейтрино Черенковский детектор Super-Kamiokande Черенковский детектор Super-Kamiokande 42m 39m C Scientific American 50,000 тонн (22,500 тонн) Choji Saji NOON2004

13 мая С.П.Михеев ~13000km~500km~15km Атмосферные нейтрино Sub-GeV E vis < 1.33 GeV P e > 100 MeV/c P > 200MeV/c E vis < 1.33 GeV P e > 100 MeV/c P > 200MeV/c Multi-GeV E vis > 1.33GeV Choji Saji NOON2004

13 мая С.П.Михеев Атмосферные нейтрино Sub-GeV e-like Multi-GeV e-like Sub-GeV -like Multi-GeV -like + PC ~13000km~500km~15km Choji Saji NOON2004

13 мая С.П.Михеев Best fit: sin 2 2 =1.0 m 2 = 2.0x10 -3 eV 2 2 = 170.8/170 dof 90% C.L. region: sin 2 2 > < m 2 < 3.0x10 -3 eV 2 Prel i minary 2-flavor oscillations Choji Saji NOON2004 Атмосферные нейтрино

13 мая С.П.Михеев Эксперимент K2K K2K – первый эксперимент с дальними нейтрино для исследования осцилляций нейтрино, обнаруженных в атмосферных нейтрино. KEK- 12GeV PS Super- Kamiokande Atm.- Atm.- K2KL 10~10 4 km 250km(fix.) E0.1~100GeV ~ 1.3GeV m 2 m ~10 -4 eV 2 > eV 2 e e 50 % ~1% L=250 km Takanobu Ishii NOON2004

13 мая С.П.Михеев Эксперимент K2K Takanobu Ishii NOON2004 Use both Number of events + Spectrum shape (June 99 – July 01)(Nov. 99 – July 01) Null oscillation probability: less than 1% m 2 =1.5~3.9 x eV 2 2 (90%CL) exp 56 obs reconstructed E Normalized by area Expectation w/o oscillation Best Fit Allowed region 68% 90% 99% Best fit point 2.8x10 -3

13 мая С.П.Михеев Эксперимент K2K Takanobu Ishii NOON2004 sin 2 2 e m 2 (eV 2 ) K2K(90%CL) CHOOZ(90%CL) e disappearance SK atm. allowed (90%CL) Results of e Analysis electron candidate: 1 event observed 2.4 events expected.

13 мая С.П.Михеев Атмосферные нейтрино Neutrino oscillation : P = 1 – sin 2 2 sin 2 (1.27 ) m 2 L E P = (cos 2 sin 2 x exp(– )) 2 m 2 Neutrino decay : L E Neutrino decoherence : P = 1 – sin 2 2 x (1 – exp(– )) 2 1 L E Masaki Ishitsuka NOON2004

13 мая С.П.Михеев Masaki Ishitsuka NOON2004 Атмосферные нейтрино days FC+PC Best fit expectation w/ systematic errors Null oscillation MC Best-fit expectation m 2 =2.4x10 -3,sin 2 2 = min =37.8/40 d.o.f Preliminary Mostly downward Mostly upward

13 мая С.П.Михеев Солнечные нейтрино protons 4 He + 2e e + 25MeV

13 мая С.П.Михеев Солнечные нейтрино

13 мая С.П.Михеев G.Fogli et al. hep-ph/ G.Fogli et al. hep-ph/ Солнечные нейтрино

13 мая С.П.Михеев Глубина 2039 м 5300 тонн обычной воды 1000 тонн тяжклой воды 1700 тонн обычной воды 9438 ФЭУ для внутреннего объема 91 ФЭУ для внешнего объема (антисовпадения) Эксперимент SNO Kevin Graham NOON2004

13 мая С.П.Михеев - Q = MeV - good measurement of e energy spectrum - some directional info (1 – 1/3 cos ) - e only - Q = 2.22 MeV - measures total 8 B flux from the Sun - equal cross section for all types NC xx npd - low statistics - mainly sensitive to e, some and - strong directional sensitivity CC e ppd e ES e e x x Kevin Graham NOON2004 Эксперимент SNO

13 мая С.П.Михеев Salt (phase II) Pure D 2 O (phase I) Kevin Graham NOON2004 Эксперимент SNO

13 мая С.П.Михеев Солнечные нейтрино

13 мая С.П.Михеев Солнечные нейтрино

13 мая С.П.Михеев Эксперимент KamLand Измерение потока e от реакторов на расстоянии 180 км Сфера диаметром 13 м 1000 тонн жидкого сцинтиллятора Сфера диаметром 13 м 1000 тонн жидкого сцинтиллятора e + p e + + n + p d + (2.2 MeV) прямой сигнал Задержанный сигнал Задержанный сигнал

13 мая С.П.Михеев Эксперимент KamLand

13 мая С.П.Михеев Эксперимент KamLand 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 N obs – N BG N expected N obs – N BG N expected = ± (stat) ± (syst) = ± (stat) ± (syst) % C.L.

13 мая С.П.Михеев Эксперимент KamLand

13 мая С.П.Михеев U e1 U e2 U e3 U 1 U 2 U 3 U e1 U e2 U e3 U 1 U 2 U 3 U = Смешивание нейтрино α = e,,,…; i = 1,2,3,… | α = Σ U αi | i i i

13 мая С.П.Михеев d d dt = H i i Уравнение эволюции H Udiag(0, m 21, m 31 )U * + diag(V,0,0) 1 1 2E m ji = m j - m i V = 2G F N e H Udiag(0,α,1)U * + diag(2EV/ m 31,0,0) m 31 2E α = m 21 / m

13 мая С.П.Михеев Смешивание нейтрино 3 угла смешивания ( 12, 23, 13 ) и 1 фаза CP нарушения ( ) 3 угла смешивания ( 12, 23, 13 ) и 1 фаза CP нарушения ( ) с ij = cos ij s ij = sin ij с ij = cos ij s ij = sin ij с 23 s s 23 c с 23 s s 23 c 23 с 13 0 s 13 e i s 13 e -i 0 c 13 с 13 0 s 13 e i s 13 e -i 0 c 13 с 12 s s 12 c с 12 s s 12 c U = Атмосферные нейтрино m 2 ( ) eV 2 Sin 2 2 > m 32 m Солнечные нейтрино m 2 ( ) eV 2 Sin 2 2 ( )

13 мая С.П.Михеев Известные параметры (,, sin , sin ) m m … и ограничение на sin

13 мая С.П.Михеев Неизвестные параметры sin Знак m фаза СР нарушения Тип иерархии масс нормальная обратная

13 мая С.П.Михеев Эксперимент MINOS N. Tagg NO-VE 2003

13 мая С.П.Михеев Far Detector 485 planes of scintillator + steel 8m x 8m octagon 5.4 kT total mass Near Detector 282 steel scintillator planes 3.8m x 4.8 m 0.98 kT total mass BOTH: Steel/Scintillator sandwiches 2.54 cm steel + 1 cm scint Magnetized ~1.5T 55%/ E hadrons 23%/ E electrons Эксперимент MINOS N. Tagg NO-VE 2003

13 мая С.П.Михеев By moving the horns and target, different energy spectra are available using the NuMI beamline. The energy can be tuned depending on the specific oscillation parameters expected/observed. Эксперимент MINOS N. Tagg NO-VE 2003 CC Events/kt/3.7e20pot Low Medium High CC Events/MINOS/7.4e20pot Low Medium High x10 20 protons on target/year requires 4x10 13 protons/2.0 seconds Osc. Max. for m 2 = eV 2

13 мая С.П.Михеев Эксперимент MINOS N. Tagg NO-VE 2003

13 мая С.П.Михеев MINOS sensitivities based on varying numbers of protons on target Эксперимент MINOS N. Tagg NO-VE 2003 e

13 мая С.П.Михеев Проект J-PARC T.Kobayashi Tagg LaThuile 2004

13 мая С.П.Михеев Проект J-PARC T.Kobayashi Tagg LaThuile 2004

13 мая С.П.Михеев Проект J-PARC T.Kobayashi Tagg LaThuile 2004

13 мая С.П.Михеев Проект J-PARC T.Kobayashi Tagg LaThuile 2004

13 мая С.П.Михеев Проект J-PARC T.Kobayashi Tagg LaThuile 2004

13 мая С.П.Михеев Distance (m) P( e e ) Dominant 12 Oscillation Subdominant 13 Oscillation Реакторные антинейтрино P( e e )

13 мая С.П.Михеев Реакторные антинейтрино

13 мая С.П.Михеев