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MegaTonne

CERN. n. neutrinos de supernovae. Fréjus. CPV neutrinos. Durée de vie du proton. MegaTonne. C. Cavata Saclay. HYPER-K. UNO. MenPhys. Les projets Tera-grammes. HYPER-K. UNO. MenPhys. Collaboration internationale autour de SuperK. Cerenkov à eau d’une megatonne. HyperK.

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Presentation Transcript

  1. CERN n neutrinos de supernovae Fréjus CPV neutrinos Durée de vie du proton MegaTonne C. Cavata Saclay

  2. HYPER-K UNO MenPhys Les projets Tera-grammes

  3. HYPER-K UNO MenPhys Collaboration internationaleautour de SuperK Cerenkov à eau d’une megatonne

  4. HyperK 48m × 50m ×500m, Masse Totale = 1,2 Mton

  5. Options pour HyperK • Densité de PM à optimiser pour • g tagging pour pnK+ search, rejection p0 enne nm • Volume à maximiser versus • site, stabilité de la caverne • Cout et durée excavation • Cout et durée de production des photo-senseurs

  6. http://superk.physics.sunysb.edu/nngroup/uno/ UNO 52k PMT [10%,40%,10%] En > [10,5,10] MeV 60m x 60m x 180m 0.648 MT

  7. MenPhys Grand LSM 70 x 70 x 250 106 m3 Masse Totale 1 Mton Tunnel existant Future Galerie de sécurité Soutien INFN IN2P3 DAPNIA LSM

  8. GLSM 13 km

  9. Durée de vie du proton

  10. Une tradition en France ? DVP 1982-1987

  11. ｇ４ ｍｐ４ Γ = : τ(p→e+π0) = 1035±1 years ＭＸ４ 　 h４ ｍｐ４ ____ Γ = : τ(p→K+ν) = 1029-35 years 　MHx2ＭＸ2 Temps de vie du proton Limites de SuperK • τ/B(p→e+π0) > 5.0 × 1033 years (90% CL) • τ/B(p→ν K+) > 1.9 × 1033 years (90% CL) Prédictions théoriques • interactions à4 fermions • interactions à2 fermions – 2 sfermions (SUSY) _ Il faut atteindre les 1035 ans !

  12. t (p ep0) =1035ans UNO-II t (p ep0) >1035ans (90%CL) en 6Mt.yr Temps de vie du proton BGSK=2.2ev/Mty

  13. t (p  K+ n) >2 1034ans (90%CL) en 6Mt.yr Temps de vie du proton BG=1ev/Mty t (p ep0) >1035ans (90%CL) en 6Mt.yr

  14. SuperNovae

  15. (9 k @ SK) Explosion au centre de la Galaxie @ 10kpc Explosion de SN @ la maison Fréjus Fréjus 3±1 SN/siècle …

  16. Trou Noir 2k evts/ 400kt 19evts/4kt Explosion de SN en banlieue La SN1987A

  17. 900 kpc Explosion de SN @ Andromède

  18. OScillation de neutrinos

  19. n1 n2 n3 ne nm nt m1 m2 m3 m t e Oscillation des neutrinos Saveur Masse • 3 masses : m1, m2, m3 • 3 angles de mélanges :Q12, Q23, Q13, • 1 Phase Dirac CP : d • Dirac or Majorana ? • 2 Phases Majorana CP : a1,a2

  20. Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata

  21. q23lESK 0.9<sin22q23<1 q12lESolar+KamLAND 0.2<sin2q12<0.5 Dm223 lESK+K2K 1.3 10-3<Dm223(eV2) < 3 10-3 lEMINOS+OPERA dDm223(eV2) = 10-4 Dm212 lESolar+KamLAND 6.10-5<Dm212(eV2)<2.10-4 lEKamLAND (5 ans) dDm223 (eV2) =0.4 10-5 dCP m6 q13 m6 sin22q13<0.1(CHOOZ) Mass Hierarchy m6 Majorana/Dirac m6 Smn m6 Smn<6.6 eV (Mainz) Ce qu’il reste à mesurer

  22. P(nm→ne)=Patm+ Psol+ PCPC+ PCVP Patm=sin2q23sin22q13[sin2q12sin2D23+cos2q12sin2D13] Psol={cos2q13(1-(1+sin2q13)sin2q23}sin22q12sin2D12 PCPC = J cosd sinD12sinD13cosD23 PCPV = J sind sinD12sinD13sinD23 J =cosq13sin2q12sin2q13sin2q23 Violation de CP en neutrinos Contraindre q13 d’abord !

  23. ACP<< 1 (sind) beaucoup d’événements Hyper-Faisceau Decay Pipe p,K Cible Faisceau protons Q = 2o Cornes Violation de CP en neutrinos Quesaco ? • Faisceau n conventionnel (K2K, CNGS,MINOS) • Driver proton P < .4 MW • Super faisceau : n conventionnel , • avec P ~ 1 MW (JHF Phase I) • Hyper faisceau : P ~ 4 MW (SPL, JHF-II, • OffAxis NUMI, BNL … )

  24. 4MW,1Mt 2.0yr ennm 6.8yr ennm Limites à 3s HyperK d>~14o d>~27o

  25. b beam L’usine de neutrinos 100 GeV SPS ne _ m+ e+ne nm Oscillation ne nm CC m+ : WSM CC m- _ _ ne ne nm A plus long terme

  26. Région à 99% CL pour voir une violation de CP maximale

  27. Pour André K.

  28. R&D Photo-senseurs @ Japon M. Shiozawa(ICRR, Univ. of Tokyo) • PM • Augmenter QE • optimiser matériaux de la cathode, • optimiser la méthode de production • PM + grands (30-40inch) PMTs • photo-détecteurs hybrides (HPD) • photo-cathode + AD(diode à avalanche ) • structure simple  faible coût ? • résolution en temps (～1ns) • séparation du « single p.e. »

  29. 5 inch HPD prototype electron bombarded gain 1000 ×avalanche gain 50 = 50,000 e sensitive area 80mmφ 5inch APD 3mmφ, GND bias voltage 150V photo-cathode –8kV 100% coll. efficiency cathode 80mmφ 3mm cathode 120mmφ 10mm • need higher voltage • larger AD • spherical cathode

  30. 5 inch HPD prototype pulse height distribution (dark current) • good single p.e. peak • dark rate is 24kHz

  31. 5 inch HPD prototype time response measured quantum efficiency

  32. Spherical HPD light glass photocathode photoelectrons diode-2 Lead and support diode-1 reflector • high efficiency • simple structure •  low cost •  high production • rate • pressure resistant

  33. Breaking News pour André R.

  34. 100kT LAr TPC Electronic crates f≈70 m h =20 m Perlite insulation André Rubbia, ETH Zürich (ICARUS Collaboration)

  35. The “dedicated” cryogenic complex Electricity Air Hot GAr W Underground complex GAr LAr Q External complex Joule-Thompson expansion valve Heat exchanger Argon purification LN2, …

  36. ICARUS T300 cryostat (1 out of 2) ≈300‘000 kg LAr = T300

  37. 176 cm 434 cm ICARUS T600: cosmic rays on surface Shower 25 cm 85 cm 265 cm 142 cm Muon decay Hadronic interaction Run 960, Event 4 Collection Left Run 308, Event 160 Collection Left

  38. Cryogenic storage tanks for LNG

  39. Proton decay: Sensitivity vs exposure pK+n 1035 pe+p0 65 cm 1034 p  K+ e p=425 MeV Prix actuel 20M€/kt 1 year exposure !

  40. Du temps et de l'argent ...

  41. Beta-beam realization ? « 0ptimal » schedule for MenPHys Year 2003 2004 2007 2008 2012 2015 2020 Procedure : EoI LoI Prop. Approv. Safety Tunnel excavation Large Cavity Pre-study study excavation R&D PMT’s, etc. R&D PMT’s, etc PMT’s production PMT’s production Detector installation Detector install. Start Megaton Physics Start Megaton Physics …………………. Hyper-faisceau @ CERN SPL+Super-beam realization ? Beta-beam realization Adapté de Luigi Mosca

  42. Estimation des coûts (NUFACT02)

  43. L'enjeu est de taille pour la communauté scientifique et la région marseillaise. Sur trente  ans, près de 10  milliards d'euros seront dépensés pour concevoir et faire tourner à Cadarache une installation capable de mettre l'énergie des étoiles dans une bouteille et développer une source d'énergie quasi inépuisable. Quant au président de la région Provence-Alpes-Côte d'Azur, Michel Vauzelle (PS), dont l'institution est prête à apporter 152  millions d'euros par an au projet pendant dix ans, il estime que c'est d'abord "la qualité du tissu scientifique régional" qui a permis ce choix. Les collectivités locales se sont fortement investies  : 46  millions d'euros par an durant une décennie pour la réalisation de toutes les infrastructures nécessaires au réacteur. Soyons optimistes !!

  44. More ?

  45. SK atmospheric latest results Hayato-san, AAchen 2003 Assuming nm nt oscillation FC + PC + up-going m combined Best fit c2min = 170.8/170d.o.f. at (sin22q,Dm2) 1489 days = (1.0,2.0 x 10-3 eV2) Preliminary! 90% confidence level allowed region 68% C.L. sin22q > 0.9 90% C.L. 99% C.L. 1.3x10-3 < Dm2 <3.0x10-3 (eV2) Assuming null oscillation c2 = 445.2/172d.o.f.

  46. ４１．４ｍ ４０ｍ SK : Principe de détection 50 ktCerenkov eau　 (22.5 kton volume fiduciel) 11146 (50cm) + 1885 (20cm) PM • Mesure de En (Oscillation) • Discrimination m/e (apparition) • p0 rejection (apparition)

  47. Europe: SPLFrejus CERN Geneve • SPL @ CERN • 2.2GeV, 50Hz, 2.3x1014p/pulse • 4MW Now under R&D phase 130km 40kt 400kt Italy

  48. Sensitivity for Mixing Angle ½ sin22q13 ~JHF2-HK 1yr 2.3o 1.7o 1o

  49. Le JHF Primary Proton beamline (R=106m) Target Station Decay Volume • Single turn fast extraction • 8 bunches/~5ms • 10-6 Duty cycle • 1an=1021POT SK Beam Axis 280m Near Detector 50GeV PS

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