[論文レビュー] Some aspects of neutrino mixing and oscillations

Sanjib Kumar Agarwalla|ArXiv.org|Aug 28, 2009

Neutrino Physics Research参考文献 38被引用数 4

ひとこと要約

本学位論文は、長基準長ベータビームニュートリノ源の物理学的ポテンシャルを調査しており、特にINOの磁化鉄カリメーターを遠方検出器として用いる場合を想定している。7500 kmの基準長およびローレンツブーストγ=650の条件下で、δCPや質量順序に依存せず、sin²2θ₁₃ > 5.6×10⁻⁴の条件下でニュートリノ質量順序の3σ感受性を達成し、sin²2θ₁₃ > 5.1×10⁻⁴の条件下でθ₁₃自体の感受性も達成している。

ABSTRACT

Neutrino physics is now poised to move into the precision regime. Active attempts are under way to commence the era of precision neutrino measurement science which will surely widen the horizon of our knowledge about neutrinos. A number of high-precision neutrino oscillation experiments have been contrived to sharpen our understanding about these tiny particles. This is the right time to ask how different planned/proposed next generation experiments in the coming decades would perform to explicate the nature of neutrinos and our thrust for new physics. This thesis is an effort to have a look on several aspects of these issues.

研究の動機と目的

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• ベータビーム実験がニュートリノ質量順序および第3の混合角θ₁₃に対して感受する能力を評価すること。
• 長基準長ベータビーム設定におけるCP破れ位相δCPが振動確率に与える影響を調査すること。
• 特にR粒子対称性破れ超対称性を含む非標準的相互作用のプローブとしてのベータビーム実験の可能性を検討すること。
• 近接検出器を用いたタウレプトン生成によるR粒子対称性破れ信号の検出可能性を評価すること。

提案手法

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• CERNに位置するベータビーム源から純粋なνₑまたはν̄ₑビームを発生させ、INO検出器までの基準長は約7500 kmとする。
• マター中での3フラーバーニュートリノ振動形式を用い、地球マター効果をMSW効果を組み込んで取り入れる。
• 3σ信頼水準でのθ₁₃および質量順序への感受性を評価するために、パラメータ空間のスキャンを実施する。
• 特にλ′カップリングを含むR粒子対称性破れ（R-parity violating）相互作用が、イベント率および振動確率に与える影響を分析する。
• ベータビーム保存リングの近傍に小型の鉄カリメーター検出器を設置し、τレプトン崩壊に伴うミューオン生成をR粒子対称性破れのシグナチャーとして検出する。
• モンテカルロシミュレーションと統計解析を用いて、λ′カップリングの制限を決定し、非標準的相互作用の検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 .
• RQ2 7500 kmの長基準長ベータビーム実験は、δCPに依存せず、ニュートリノ質量順序およびθ₁₃の両方に対して3σ感受性を達成できるか？
• RQ3 特にλ′カップリングを含むR粒子対称性破れ相互作用は、ベータビーム実験におけるνₑの検出にどのような影響を与えるか？
• RQ4 近接検出器は、τレプトン生成およびその後のミューオン崩壊を介してR粒子対称性破れのシグナチャーを観測できるか？
• RQ5 θ₁₃および質量順序の明確な検出に必要なsin²2θ₁₃の最小値はそれぞれどの程度か（3σで）？
• RQ6 非標準的FCNCおよびFDNC相互作用は、θ₁₃および質量順序の決定をどの程度曇らせるか？

主な発見

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• 真のδCPや質量順序にかかわらず、sin²2θ₁₃(true) > 5.6×10⁻⁴の条件下で、ニュートリノ質量順序は3σ信頼水準で同定可能である。
• 真のδCPや質量順序に依存せず、sin²2θ₁₃(true) > 5.1×10⁻⁴の条件下で、θ₁₃の明確なシグナチャーが3σで得られる。
• νₑ → νₑ生存確率における地球マター効果により、θ₁₃およびΔm²₃₁の符号の両方を明確に決定できる。
• 特にλ′カップリングを含むR粒子対称性破れ相互作用は、θ₁₃および質量順序への感受性に顕著な影響を及ぼし、λ′の制限が緩い場合には結果が曇る可能性がある。
• ベータビーム保存リングの近傍に設置された検出器は、τレプトン崩壊に伴うミューオン検出により、λ′誘発R粒子対称性破れをプローブでき、非標準的物理の直接的シグナチャーを提供する。
• 好都合な状況下では、λ′カップリングの下限および上限の両方を設定可能であり、特に逆質量順序の状況でFCNCおよびFDNC相互作用の検出が可能となる可能性がある。