Академик Моисей Александрович Марков 1908 - 1994

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)


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


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


~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


Атмосферные нейтриноАтмосферные нейтрино

Sub-GeV e-like

Multi-GeV e-like

Sub-GeV -like

Multi-GeV -like + PC

~13000km ~500km ~15km

Choji SajiNOON2004


• 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


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





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





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.


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


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


Солнечные нейтриноСолнечные нейтрино

protons

4He

+ 2e+ + 2e + 25MeV


G.Fogli et al. hep-ph/0106247

G.Fogli et al. hep-ph/0106247



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


Kevin GrahamNOON2004


- 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





.)(.)(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)





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




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.


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


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


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)


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


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


ЭкспериментЭксперимент MINOSMINOS


N. TaggNO-VE 2003


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



N. TaggNO-VE 2003


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.



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




N. TaggNO-VE 2003


• MINOS sensitivities based on varying numbers of protons on target• MINOS sensitivities based on varying numbers of protons on target



N. TaggNO-VE 2003

e


ПроектПроект J-PARC J-PARCПроектПроект J-PARC J-PARCT.Kobayashi

TaggLaThuile 2004



TaggLaThuile 2004


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)


1

23

Реакторные Реакторные антинейтриноантинейтрино

Академик Моисей Александрович Марков 1908 - 1994

Documents