[論文レビュー] Neutrinos, DUNE and the world best bound on CPT violation

Gabriela Barenboim, M. Tórtola+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2017

Neutrino Physics Research被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、特にDUNEを含むニュートリノ振動実験が、世界で最も厳しいCPT破れの上限を数個のオーダー以上に改善できることを提案している。現在のニュートリノデータとDUNEの感度を用いて、T2Kの最近の結果が真であると仮定すれば、CPT破れが3σ以上で検出可能であることを示している。DUNEはΔ(Δm²₃₁)の上限を、少なくとも1つのオーダー以上に改善する。

ABSTRACT

CPT symmetry, the combination of Charge Conjugation, Parity and Time reversal, is a cornerstone of our model building strategy and therefore the repercussions of its potential violation will severely threaten the most extended tool we currently use to describe physics, i.e. local relativistic quantum fields. However, limits on its conservation from the Kaon system look indeed imposing. In this work we will show that neutrino oscillation experiments can improve this limit by several orders of magnitude and therefore are an ideal tool to explore the foundations of our approach to Nature. In order to do that we calculate the current CPT bound on all the neutrino mixing parameters and study the sensitivity of the DUNE experiment to such a violation. After deriving the most updated bound on CPT from neutrino oscillation data, we show that, if the recent T2K results turn out to be the true values of neutrino and antineutrino oscillations, DUNE would measure CPT violation at more than 3$\sigma$. Then, we study the sensitivity of the experiment to measure CPT violation in general, finding that DUNE will be able to improve the current bounds on $\Delta(\Delta m^2_{31})$ by at least one order of magnitude. We also study the sensitivity to the other oscillation parameters. Finally we show that, if CPT is violated in nature, combining neutrino with antineutrino data in oscillation analysis will produce imposter solutions.

研究の動機と目的

• ニュートリノ振動データを用いて、CPT破れの現在の世界で最も厳しい上限を改善すること。
• ニュートリノ混合パラメータにおけるDUNE実験のCPT破れに対する感度を評価すること。
• CPTが破れている状況で、ニュートリノと反ニュートリノデータを統合した場合の影響を調査すること。
• Δ(Δm²₃₁)および他の振動パラメータに対する感度の期待される向上を定量すること。

提案手法

• 現在のニュートリノ振動データの分析により、CPT破れに対する最新の上限を導出すること。
• DUNE実験の予想される感度を用いて、ニュートリノおよび反ニュートリノ振動におけるCPT破れを評価すること。
• ニュートリノと反ニュートリノの振動確率を比較し、混合パラメータにおけるCPT破れに起因する差を検出すること。
• Δχ²解析と信頼区間を用いた統計的評価により、CPT破れに対する感度を評価すること。
• CPTが破れている状況で、ニュートリノ・反ニュートリノデータを統合した際に生じる偽解（ミスリード解）のシミュレーションを行うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニュートリノ振動実験は、現在のCPT破れの上限を数個のオーダー以上に改善できるか？
• RQ2 T2Kの最近の結果が真であると仮定した場合、DUNE実験はCPT破れを検出できる感度を持つのか？
• RQ3 DUNEは現在の制限と比較して、Δ(Δm²₃₁)の上限をどの程度改善できるか？
• RQ4 CPTが破れており、かつニュートリノと反ニュートリノのデータを統合した場合、振動解析にどのような影響が生じるか？

主な発見

• T2Kの最近の結果がニュートリノおよび反ニュートリノ振動の真の値を表していると仮定すれば、DUNEはCPT破れを3σ以上で測定できる。
• DUNEはΔ(Δm²₃₁)の現在の上限を、少なくとも1つのオーダー以上に改善すると予想される。
• 他の振動パラメータにおけるDUNEのCPT破れに対する感度も顕著に向上する。
• CPTが破れている状況でニュートリノと反ニュートリノデータを統合すると、解析において偽解（ミスリード解）が出現する。