neutrino oscillation

ニュートリノ物理学: 

ニュートリノ物理学 金　信弘 (筑波大学物理学系) 2003年9月25日 Soo-Bong Kim氏(SNU)講演より引用　 d ?

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2002年度ノーベル物理学賞 "for pioneering contributions to astrophysics, in particular for the detection of cosmic neutrinos“ Raymond Davis Jr. USA (University of Pennsylvania) Masatoshi Koshiba Japan (University of Tokyo) "for pioneering contributions to astrophysics, which have led to the discovery of cosmic X-ray sources“ Riccardo Giacconi USA (Associated Universities Inc.)

ニュートリノ天文学: 

ニュートリノ天文学 Neutrinos can probe the interior of stars（星の内部）. Neutrinos are transparent to the Milky way（銀河通過）. Neutrinos are efficient to carry out energies from the star explosion（星の爆発）. Neutrinos from Sun, Supernova explosion, Galaxy, Dark-Matter Annihilation, etc（太陽，超新星爆発，銀河，暗黒物質消滅）.

宇宙線ニュートリノ: 

宇宙線ニュートリノ Solar Neutrinos　太陽ニュートリノ Atmospheric Neutrinos　大気ニュートリノ Supernova Neutrinos　超新星ニュートリノ Cosmic Background Neutrinos　宇宙背景ニュートリノ Ultra High Energy Neutrinos　超高エネルギーニュートリノ

ニュートリノ物理学の歴史: 

W. Pauli (1931): Undetectable neutral particle E. Fermi (1934): “Neutrino” F. Reines (1956): Discovery Nobel Prize (1995) L. Lederman, M. Schwartz, J. Steinberg (1962): Muon Neutrino Nobel Prize (1988) R. Davis (1968): First detection of solar neutrinos Nobel Prize (2002) M. Koshiba (1987): Supernova neutrinos by Kamiokande-II and IMB Nobel Prize (2002) Y. Totsuka (1998): Oscillation of atmospheric neutrinos at Super-Kamiokande SNO (2002): Oscillation of solar neutrinos ニュートリノ物理学の歴史

素粒子とは？: 

素粒子とは？ 原子 原子核 陽子 クォーク 電子

素粒子と素粒子間の力（素粒子物理標準理論）: 

（　）内の数字はGeVの 単位で書かれた質量 物質を構成する粒子（フェルミオン） 力を伝える粒子（ゲージボソン） アップ(0.002)　　　チャーム(1.3)　　　トップ(175 ) ダウン(0.005)　　　ストレンジ(0.14)　 ボトム( 4.2) クォーク レプトン 電子(0.0005)　　 ミュー粒子(0.106)　　タウレプトン(1.8) 電子ニュートリノ νe　　ミューニュートリノ νμ 　　　タウニュートリノ ντ 　電荷 　2/3 - 1/3 - 1 0 グルオン(0)　　光子(0)　　　　　Ｗ粒子(80) 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　Ｚ粒子(91) 強い力 電磁気力 弱い力 素粒子と素粒子間の力（素粒子物理標準理論）

ニュートリノを用いた素粒子物理学と宇宙物理学: 

GUT（大統一理論）規模の物理の検証 (ニュートリノの質量・振動) 宇宙膨張 (暗黒物質) レプトンセクターの混合 (MNS 行列) ニュートリノ天文学 (超高エネルギーニュートリノ, 超新星ニュートリノ, …) ニュートリノを用いた 素粒子物理学と宇宙物理学

ニュートリノ振動: 

ニュートリノ振動 ニュートリノが2種類の場合 P(na→nb) = sin22q sin2(1.27Dm2L/E) Dm2 = m22 - m12 (eV2) L (km): Distance from source to detector E (GeV): Neutrino energy

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ニュートリノ振動の実験結果 Solar neutrino data 　太陽ニュートリノ (Super-Kamiokande, SNO) Atmospheric neutrino data 　大気ニュートリノ (Super-Kamiokande) Neutrino beam data (K2K)　ニュートリノ・ビーム

Super- Kamiokande（スーパーカミオカンデ）: 

Super- Kamiokande （スーパーカミオカンデ） Water Cherenkov detector 1000 m underground 50,000 ton (22,500 ton fid.) 11,146 20 inch PMTs 1,885 anti-counter PMTs SK-I: Apr 1996 – Jul 2001 SK-II: Dec 2002 –

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SK-1 (Jan. 1996)

2001年11月12日の事故: 

2001年11月12日の事故 6777 ID + 1100 OD PMTs destroyed

Never repeat the accident: 

Never repeat the accident Encase all the existing PMTs (5246) in acrylic + frp cases to prevent shock wave generation 事故を繰り返さない為に

修理完了 (Sep. 17, 2002)SK-II Resumed data-taking in Dec, 2002!: 

修理完了 (Sep. 17, 2002) SK-II Resumed data-taking in Dec, 2002!

Solar Neutrino Data of Super-Kamiokande: 

Solar Neutrino Data of Super-Kamiokande COSqsun Ee = 5.0 - 20 MeV ne e g nee scattering (contains 15% of NC) 22385 solar n events (14.5 events/day)

KamLAND（カムランド）(Confirmation of solar neutrino oscillations): 

From K.Inoue (Tohoku Univ.) KamLAND（カムランド） (Confirmation of solar neutrino oscillations)

太陽ニュートリノデータのまとめ: 

太陽ニュートリノデータのまとめ See also: Phys. Lett. B539 179-187, 2002 Solar neutrino oscillations (ne g nm/nt) are established by Super-Kamiokande and SNO data. (Dm122 ~ 10-4eV2 ) LMA solutions are favored by no spectrum distortion and no day/night effect. Large Mixing Angle(LMA) by a global fit: 2.5 x10-5eV2 < Dm2 (Dm122) < 3.3 x10-4eV2 0.25 < tan2q < 0.9 (3s C.L.) KamLAND confirmed the LMA at 4.6s C.L.

大気ニュートリノ振動: 

大気ニュートリノ振動

Zenith Angle Distributions　天頂角分布: 

nmnnt 2-flavor oscillations ～15km ～ 13000km ～500km ～ 13000km ～500km Best fit ( Dm2=2.5x10-3eV2, sin22q=1.0 c2min=163.2/170 d.o.f) Null oscillation (c2=456.5/172 d.o.f) Zenith Angle Distributions　天頂角分布

Evidence for neutrino oscillations and masses: 

The most cited paper in the experimental particle physics (more than 1,600) Evidence for neutrino oscillations and masses

nmnnt 振動 (Dm232): 

nmnnt 振動 (Dm232) nm gnt Best fit(Dm2=2.5x10-3,sin22q=1.0 c2min=163.2/170 d.o.f) Dm232 = (1.6~3.9)x10-3eV 2 sin22q23 > 0.92 (90%CL)

3-flavor mixing３つのフレーバー間の混合  q13?: 

3-flavor mixing ３つのフレーバー間の混合 q13?

太陽ニュートリノと大気ニュートリノにおける３つのフレーバー間の混合: 

太陽ニュートリノと大気ニュートリノにおける ３つのフレーバー間の混合 nm nt ne Atmospheric n Dm232=3x10-3 eV2 Solar n Dm122~10-4 eV2

3つのフレーバー間の振動 : 

Oscillation Probabilities when q13:ne appearance q23 :nm disappearance common q12:ne disappearance Atmospheric n Solar n 3つのフレーバー間の振動

3つのフレーバー間の振動の実験結果から許された領域: 

3つのフレーバー間の振動の実験結果から許された領域 consistent with CHOOZ’s excluded region (Dm2 = Dm232 ~ Dm132)

大気ニュートリノデータのまとめ: 

大気ニュートリノデータのまとめ nm n n t 2 flavor oscillations are established. (Dm2 = Dm232 ~ Dm132 >> Dm122 ) Dm2 = (1.6~3.9)x10-3eV 2 sin22q23 > 0.92 (90% C.L.) ns admixture is disfavored (sin2 x<0.19 @90%CL). 3 flavor oscillations are tested and give an allowed region of q13, consistent with CHOOZ: sin2q13 < 0.1 (90% C.L.)

K2K (KEK to Kamioka)実験: 

K2K (KEK to Kamioka)実験

KEKで検出されたニュートリノ (June 1999 – July 2001): 

KEKで検出されたニュートリノ (June 1999 – July 2001)

Super-K での事象検出: 

Super-K での事象検出 Tspill TSK GPS TSpill: Abs. time of spill start TSK: Abs. time of SK event TOF: 0.83ms (KEK to Kamioka) No Decay-e HE Trig. FC: fully contained (No activity in Outer Detector) FV: 22.5kt Fiducial Volume Expected Atm. n BG <10-3 within 1.5ms. 1.5ms 500msec 5msec DT (msec) DT (msec) FCFV 56 events !

Super-Kamiokandeでのニュートリノ反応: 

Super-Kamiokandeでのニュートリノ反応

K2K実験でのニュートリノ振動の結果: 

Best fit point (sin22q , Dm2) method 1 KS test prob.(shape)= 79% NSK prediction =54 (obs 56) method 2 KS-test NSK 82% shape 93% NSK+shape 50% #Events Protons on target (E18) Number of total interactions (Jun99-Jul01 ) Reconstructed En shape of 1-RFCm (29 1-R events in Nov99-Jul01) Nobs=56 Nexp=80.1 +6.2 -5.4 + w/ oscillations (KS-test = 79%) K2K実験でのニュートリノ振動の結果

K2K実験結果: 

Null oscillation probability e < 1% Method1 0.7% Method2 0.4% Method1 2.8x10-3 Method2 2.7x10-3 Super-K result Two independent methods agree with each other K2K実験結果

レプトンセクターでのフレーバー混合(素粒子物理の新分野が始まった!): 

MNS(Maki-Nakagawa-Sakata) 混合行列 レプトンセクターでのフレーバー混合 (素粒子物理の新分野が始まった!)

JHF-神岡ニュートリノ実験(2007): 

JHF-神岡ニュートリノ実験(2007)