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Zukünftige Neutrinoexperimente und deren theoretische Implikationen

Zukünftige Neutrinoexperimente und deren theoretische Implikationen. DPG-Frühjahrstagung Heidelberg 6. März 2007 Walter Winter Universität Würzburg. TexPoint fonts used in EMF: A A A. Inhalt. Einführung Drei-Flavor Neutrinooszillationen Auf dem Weg zur Präzisionsmessung

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Zukünftige Neutrinoexperimente und deren theoretische Implikationen

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  1. Zukünftige Neutrinoexperimenteund deren theoretische Implikationen DPG-Frühjahrstagung Heidelberg 6. März 2007 Walter Winter Universität Würzburg TexPoint fonts used in EMF: AAA

  2. Inhalt • Einführung • Drei-Flavor Neutrinooszillationen • Auf dem Weg zur Präzisionsmessung • Wofür sind diese Messungen gut? • Erweiterte Quark-Lepton-Komplementarität • Implikationen für 0nbb-Zerfall • Zusammenfassung DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  3. Vorhergesagte Elektron-Neutrinorate aus der Sonne (John Bahcall) passte nicht zur Beobachtung (Ray Davis Jr.). Verschwinden die Neutrinos?Oder war das Modell falsch?(1960er bis 90er) Rate der Neutrinos von unten und oben kommend sollte gleich sein Aber: Die Hälfte fehlt von unten. Hinweis auf einen Flavor-Übergang!(Super-Kamiokande: “Evidence for oscillations of atmospheric neutrinos”, 1998) Das Geheimnis der fehlenden Neutrinos DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  4. Wohin sind die Neutrinos verschwunden? Für massive Neutrinos, die mischen: na oszillieren: EZ schwache WW EZ Masse Frequenz Amplitude Baseline: Quelle - Detektor Energie (Pontecorvo, 1957; Maki, Nakagawa, Sakata, 1962) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  5. ( ) ( ) ( ) = x x Neutrinomischung mit drei Flavors (sij = sin qij cij = cos qij) • Drei Mischungswinkel q13, q12,q23;eine CP-Phase dCP • Zwei zusätzliche Phasen für Majorana-Neutrinos,aber kein Einfluss auf Oszillationen DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  6. Neutrinomassen • Massenhierarchie: Normal oder invertiert? • Dirac- oder Majorana-Masse? • Zwei unabhängige Massenquadratdifferenzen relevant für Oszillationen: |Dm212 | << |Dm312| • Massenspektren: Hierarchisch oder entartet? DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  7. Drei-Flavor-Neutrinooszillationen AtmosphärischeOszillationen:Amplitude: q23Frequenz: Dm312 SolareOszillationen:Amplitude: q12Frequenz: Dm212 Kopplungsstärke: q13 (Super-K, 1998;Chooz, 1999; SNO 2001+2002; KamLAND 2002) Unterdrückter Effekt: dCP Nur obere Grenze bisher!Ohne q13, keine CP-Verletzungmessbar und Anordnungder Massen sehr schwerzugänglich (sgn(Dm312)) CP-Verletzung ist Voraussetzungfür Baryogenese (Materie-Antimaterie-Asymmetrie)Ist dieser Parameter der Schlüssel? DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  8. Auf dem Weg zur Präzisionsmessung:Neutrino Beams nb? Künstliche Quelle: Beschleuniger (o. Reaktor) na Ferndetektor Oft: Nahdetektor (Wirkungsquerschnitte, Systematik) Baseline: L ~ E/Dm2 (Osz.-länge) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  9. In Betrieb: MINOS • Messung der atmosphärischenParameter mit hoher Präzision • Flavor-Konversion ? Fermilab - SoudanL ~ 735 km Beam line Nahdetektor: 980 t Ferndetektor: 5400 t 735 km DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  10. Die Jagd nach q13 • Beispielszenario; Bänder repräsentieren unbekanntes dCP • Neue Generation von Experimenten dominiert sehr schnell! • Neutrinofabrik:Reichweite sin22q13 ~ 10-5 -10-4 (=Oszillationsamplitude) GLoBES 2005 (aus: FNAL Proton Driver Study; Fig. von Brice, Geer, Harris, Winter, 2005) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  11. Appearance-Kanäle: nmne • Kompliziert, enthält aber alle relevantenInformationen: q13, dCP, Massenhierarchie (via A) (Cervera et al. 2000; Freund, 2001; Akhmedov et al., 2004) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  12. Probleme mit entarteten Lösungen • Zusammenhängende (grün) oder nicht-zusammenhängende (gelb) entartete Lösungen (best. confidence level) im Parameterraum • Beeinträchtigen MessungenBeispiel: q13-Sensitivität • Diskrete Entartungen: (d,q13)-Entartung(Burguet-Castell et al, 2001)sgn-Entartung (Minakata, Nunokawa, 2001)(q23,p/2-q23)-Entartung (Fogli, Lisi, 1996) (Huber, Lindner, Winter, 2002) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  13. Auf dem Weg zur Präzisionsmessung… durch Auflösen der entarteten Lösungen • Beispiel: „Magic baseline“ und Neutrinofabrik: • L= ~ 3000 km (CP) + ~7500 km (Entartungen) heute Standardkonfiguration einer Neutrinofabrik (ISS-Studie, 2006) (Huber, Winter, 2003) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  14. Warum diese Messungen? • Massen-Modelle beschreiben Massen und Mischungen durch Symmetrien, GUTs, Anarchieargumente etc. • Vorhersagen für q13, q23-p/4, Massenhierarchie, etc. • Beispiel: Literaturrecherche für q13 Experimenteliefern wichtigeHinweise für Theorie Peak generisch oder voreingenommen? (Albright, Chen, 2006) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  15. E GUT Symmetrie-brechung(en) Lepton-Sektor Quark-Sektor Der Traum von der großen Vereinheitlichung • Phänomenologischer Hinweis z. B.(„Quark-Lepton-Komplementarität“ - QLC) • Gibt es eine Größe e ~ qC, die alle Mischungen und Hierarchien erklären kann? • Überbleibsel der GUT e (Petcov, Smirnov, 1993; Smirnov, 2004; Raidal, 2004; Minakata, Smirnov, 2004) e e DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  16. Manifestation von e ~ 0.2 • Massenhierarchien Quarks/gel. Leptonen: mu:mc:mt=e4:e3:1, md:ms:mb=e4:e2:1, me:mm:mt=e4:e2:1 • Neutrinomassen: m1:m2:m3~e2:e:1, 1:1:e oder 1:1:1 • Mischungen UPMNS ~ VCKM+Ubimax? VCKM ~ Kombination ause und max. Mischungen? DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  17. Erweiterte Quark-Lepton-Komplementarität Geladene Leptonen-Massenterme Eff. Neutrino-Massenterme • Generiere alle möglichen (reellen) Ul, Un mit Mischungswinkeln (262.144) • Berechne UPMNS und lese Mischungswinkel ab; selektiere nur Modelle kompatibel mit Daten (2.468) • Keine Diagonalisierung notwendig! vgl. gel. Strom imWW-Lagrangian Rotiert links-händige Felder DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  18. Vorhersagen aus erweiterter QLC • Generische Vorhersagen für Mischungswinkel • Im Vergleich zur GUT-Literatur:Kein Peak bei sin22q13 ~ 0.04, Einige Modelle mit kleinen sin22q13 ~3.3 10-5 MADE IN WÜRZBURG (Plentinger, Seidl, Winter, 2006) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  19. Textur-Kombinationen aus erw. QLC • Neue Summenregeln und systematische Klassifizierung von Texturen (Neutrinomassen-Schemata). Beispiel: „Diamanten “-Texturenmit neuen Summenregeln, z. B. (Plentinger, Seidl, Winter, 2006) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  20. Ist das n sein eigenes Antiteilchen? • Dirac- oder Majorana-Massenterme? • 0nbb-Zerfall: Testet Majorana-Eigenschaft • Rate ~ Kernphysik x |mee| (Heidelberg-Moscow, COBRA, EXO, NEMO, Gotthart, Majorana, etc.) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  21. Komplementarität 0nbb/Long-Baseline • Momentan relativgroßer Bereich theoretisch erlaubt • Insbesondere verschwindende Rate erlaubt (Dm312>0) • Synergien mit LBL:z. B. Dm312<0 @ NOvA + Stärkerer 0nbb-Bound = Dirac-Massenterme 0nbb-Zerfallsrate Leichteste Neutrinomasse DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  22. 0nbb-Zerfall und erweiterte QLC |mee| > 0.002 eV für 99% • Verschwin-dene 0nbb-Rate benötigtFine-tuning von Phasen • Unwahrscheinlich für konkrete ModelleBeispiel:Erweiterte QLC(+ gleichvert.Dirac-like Phasen) (Plentinger, Seidl, Winter, 2006) DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  23. Ausblick: See-Saw-Realisierungen? • See-saw zur Erklärung der winzigen Neutrinomasse • Kombinatorischer Test von See-Saw-Realisierungen: Teste ~ 3 Billionen Fälle (~ 2 Monate Rechenzeit) • Spezialfälle: • In der Literatur sind die meisten Fälle nicht berücksichtigt! (MD, MR, Meff i.A. 3x3-Matrizen!) (Plentinger, Seidl, Winter, in Vorbereitung) Mehr von Gerhart Seidl am 16.4. am DESY! VORLÄUFIG! DPG Frühjahrstagung - W. Winter

  24. Zusammenfassung • Neutrinophysik auf dem Weg zur Präzisionsphysik • Die gemessenen Parameter geben wichtige Hinweise auf zugrundliegende Theorien • Performance-Indikatoren für Modelle z. B. q13, Massenhierarchie, q23-p/4, |mee|, … • Unter generischen Annahmen wird in den nächsten Jahren der Druck auf den Modellbau erheblich wachsen DPG Frühjahrstagung - W. Winter

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