[논문 리뷰] Neutrinos, DUNE and the world best bound on CPT violation

Gabriela Barenboim, M. Tórtola외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 05.

Neutrino Physics Research인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 중성자기방출 실험, 특히 DUNE가 세계 최고의 CPT 위반에 대한 경계를 수개월에서 수십만 배 이상 향상시킬 수 있다고 제안한다. 현재 중성자기방출 데이터와 DUNE의 민감도를 사용하여, T2K의 최근 결과가 참이라면 CPT 위반은 3σ 이상의 감지가 가능하다고 보여주며, DUNE는 Δ(Δm²₃₁)에 대한 경계를 최소한 한 계급 이상 향상시킬 것으로 예상된다.

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.

연구 동기 및 목표

• 중성자기방출 진동 데이터를 사용하여 현재 세계 최고의 CPT 위반 경계를 향상시키는 것.
• DUNE 실험이 중성자기방출 혼합 매개변수에서 CPT 위반에 대해 얼마나 민감한지 평가하는 것.
• CPT가 위반될 경우 중성자기방출 및 반중성자기방출 데이터를 통합했을 때의 영향을 조사하는 것.
• Δ(Δm²₃₁) 및 기타 진동 매개변수에 대한 민감도 향상 정도를 정량화하는 것.

제안 방법

• 현재 중성자기방출 진동 데이터 분석을 통해 CPT 위반에 대한 최신 경계를 유도하는 것.
• DUNE 실험의 예측 민감도를 활용하여 중성자기방출 및 반중성자기방출 진동에서의 CPT 위반을 평가하는 것.
• 중성자기방출 및 반중성자기방출 진동 확률을 비교하여 혼합 매개변수에서 CPT 위반 차이를 탐지하는 것.
• Δχ² 분석 및 신뢰구간을 사용하여 CPT 위반에 대한 민감도를 통계적으로 평가하는 것.
• CPT가 위반될 경우 중성자기방출-반중성자기방출 데이터를 통합했을 때 나타나는 가짜 해(solution)의 시뮬레이션

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중성자기방출 진동 실험은 현재의 CPT 위반 경계를 수개월에서 수십만 배 이상 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 T2K의 최근 결과가 참이라면 DUNE 실험은 CPT 위반을 감지할 수 있는 민감도가 어느 정도인가?
• RQ3 DUNE는 현재의 한계에 비해 Δ(Δm²₃₁)에 대한 경계를 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 CPT가 위반되고 중성자기방출 및 반중성자기방출 데이터를 모두 통합했을 경우 진동 분석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• T2K의 최근 결과가 진짜 중성자기방출 및 반중성자기방출 진동의 진값을 반영한다면, DUNE는 CPT 위반을 3σ 이상로 측정할 것이다.
• DUNE는 현재의 Δ(Δm²₃₁)에 대한 경계를 최소한 한 계급 이상 향상시킬 것으로 예상된다.
• DUNE는 다른 진동 매개변수에서의 CPT 위반에 대한 민감도도 크게 향상될 것이다.
• CPT가 위반될 경우 중성자기방출 및 반중성자기방출 데이터를 통합하면 분석에서 가짜 해가 나타나게 된다.