Thierry Lasserre (CEA/Saclay & APC) Dominique Duchesneau (LAPP) IPN Orsay 4-5 Octobre 2006

1. GDR NeutrinoCompte rendu d’activités du groupe GT1et programme futur (détermination des paramètres du neutrino) Thierry Lasserre (CEA/Saclay & APC) Dominique Duchesneau (LAPP) IPN Orsay 4-5 Octobre 2006

2.  solaires + KamLAND + réacteur @80 km  atmospheriques + K2K + MINOS & Superfaisceaux Superfaisceaux + réacteurs @1-2 km + Usines à  faisceaux β sin2(213)<0.15 (CHOOZ)  13 ? (petit angle) Hierarchie de masse  signe(m232 ) ? Violation CP  phase  ? MSW-LMA m212~O(10-4/-5) eV2 sin2(212)~0.8 (grand angle) m232~2-3 10-3 eV2 sin2(223)~1 (angle maxi ?) Rappel des paramètres à mesurer [m221- 12]– [m232 - 23]– signe(m232) - 13-  Mais pas d’échelle de masse absolue avec les oscillations -->  & 0 ? Th. Lasserre - GDR neutrino

3. Programme du groupe GT1 • Ce groupe de travail s’articule autour des diverses approches expérimentales afin de déterminer les paramètres des neutrinos. Les objectifs de ce groupe sont de: • Favoriser les échanges d’informations entre les diverses équipes • françaises engagées sur des expériences  neutrinos  au travers de • brèves présentations et de ‘status report’ lors des rencontres : • NEMO (nature du neutrino et échelle de masse absolue) ; • Borexino et KamLAND (secteur « solaire », m221 et 12) ; • OPERA, MINOS, et K2K (secteur « atmosphérique », légère amélioration de notre connaissance de l’angle de mélange 13) ; • Double Chooz (amélioration de notre connaissance de l’angle de mélange 13 ) ; • T2K (amélioration des paramètres atmosphériques m232 et 23, et de notre connaissance de l’angle de mélange 13 – phase préliminaire de mesure de la phase ) ; •  Impliquer des théoriciens & phénoménologues dans certains aspects pouvant amener une avancée dans les résultats expérimentaux (ex : calcul d’éléments de matrice nucléaire pour la double bêta, modèles prédisant la structure de la matrice PMNS, modèle de masses des neutrinos, flux des réacteurs, section efficaces) Th. Lasserre - GDR neutrino

4. Les étapes envisagées • Étape 1 : Confirmation des oscillations, mesures de matm2 et 13, et panorama actuel en double bêta. Synthèse des connaissances actuelles de la matrice PMNS. Revue des expériences impliquant les groupes français et discussion des méthodes d’extraction des paramètres des données : Némo, K2K, CNGS/OPERA, Borexino, KamLAND, MINOS, Double Chooz, T2K … • Étape 2: Vers la détermination de 13 (si sin2(213)<0,01), de la hiérarchie de masse, et de l’échelle de masse absolue. Les projets et leurs potentiels : prochaine génération de manip double bêta, T2K et autres super faisceaux, faisceaux bêta, deuxième génération de manip réacteur, usine à neutrino … • Étape 3: Quelles expériences & combinaisons d’expériences pour extraire les paramètres des neutrinos et particulièrement la phase  (partenariat avec les autres groupes de travail). Complémentarité et synergies des projets : double bêta, accélérateurs, réacteurs, et utilisant les sources naturelles de neutrinos. • Implications des groupes français?  Recommandations Th. Lasserre - GDR neutrino

5. Conclusions (réunion mai 2006) • Les 3 étapes : • Etape 1 : • objectifs atteints • rythme de croisière: évolutions des manips à suivre • Présentations Borexino & KamLAND à venir ? • Etape 2 : • en cours • Présentation Nova (hierarchie de masse), Panorama réacteurs (Daya Bay, Kaska, Reno, Double Chooz …) • Etape 3 : pas vraiment commencée • Mission de formation du GDR: • « les présentations des jeunes chercheurs seront encouragées » • 6 présentations d’étudiants et de post-doc • Autres thème de physique à développer : • Liens avec d’autres GT’s • La diffusion cohérente des neutrinos • Le moment magnétique du neutrino Th. Lasserre - GDR neutrino

6. Réunion 4-5 octobre 2006 • Etape 2 : • Présentations 4/10/06 • Nova & hierarchie de masse : L. Camilleri • + NUSAG • Panorama expériences réacteurs : G. Mention • Comparaison des expériences pour le GDR Th. Lasserre - GDR neutrino

7. Prochaines réunions • Fin étape 2 : • Présentation Borexino - Remplissage - Première données - Analyse antineutrino réacteur • Présentation KamLAND ? - Nouveaux système de purification - Impact sur physique des antineutrinos de réacteurs (+ neutrino solaire, géoneutrinos  GT3) • Revue des résultas conférence 2006 Th. Lasserre - GDR neutrino

8. Etape 3 • Quelles expériences & combinaisons d’expériences pour extraire les paramètres des neutrinos et particulièrement la phase  (partenariat avec les autres groupes de travail). Complémentarité et synergies des projets : double bêta, accélérateurs, réacteurs, et utilisant les sources naturelles de neutrinos. • Implications des groupes français?  Recommandations • Ces travaux nécessiteront des synthèses d’articles et d’avis d ’experts, éventuellement d’effectuer des simulations, des études de performances. Il faudra collaborer avec les groupes internationaux déjà impliqués dans ces activités. Elles concernent : • La prochaine génération d’expériences double bêta sans neutrino; • Les projets sur accélérateur avec des faisceaux de neutrinos de haute intensité (« super faisceau », « faisceau bêta », « usine à neutrinos ») ; • les projets d’expérience de réacteur de 2ème génération ; • Les projets utilisant des sources naturelles de neutrinos (atmosphérique, solaire, supernovae, …) ; • Pour ces trois dernières thématiques à moyen et long terme, les détecteurs proposés comptent : • Les détecteurs Tcherenkov à eau d’une masse de quelques centaines de kilotonnes à une mégatonne ; • Les détecteurs à argon liquide de seconde génération (100 kilotonnes), le détecteur magnétisé d’une cinquantaine de kilotonnes pour l’usine à neutrino); • Les détecteurs à liquide scintillant de prochaine génération, d’une masse d’environ 50 kilotonnes.  Th. Lasserre - GDR neutrino

9. La traque de « la 3ème » oscillation …  Présentations régulières de l’évolution des expériences en cours Opera, Minos, Double Chooz, T2K … (implications françaises) • T2K: • Revue des systématiques / bruits de fond & méthodologie d’analyse • Les détecteurs proches 280 m et 2 km (impact sur le potentiel de découverte) Th. Lasserre - GDR neutrino

10. Esquisse de la feuille de route: projet à long terme  Horizon 2015 … • Présentation T2K phase 2 (super faisceau + HK) • Présentation & discussion du projet CERN To Fréjus (C2F): • - faisceau très intense de protons de 4 MW (CERN ?). • grand détecteur mégatonne dans un agrandissement du laboratoire souterrain du Fréjus. • Présentation & discussion du projet Beta-beams ("bas "): • projet basé au CERN couplé à un détecteur lointain au Fréjus. • faisceaux intenses de neutrinos en • utilisant des faisceaux d'ions radioactifs émetteurs bêta. Thèmes à discuter : • Sensibilité à la mesure de 13 (sensibilité sin2(213)>0.002) • Sensibilité à la violation CP dans le domaine leptonique. • synergie avec la physique « hors accélérateurs » • … Th. Lasserre - GDR neutrino

11. … projet à très long terme Horizon 20XY, X2, Y69 … • Usine à neutrinos : • faisceau intense de neutrino produit par un faisceau de muons accélérés. • nécessite un important R&D pour démontrer sa faisabilité. • détecteur de 50 kt •  Présentation du potentiel physique • Beta-beams ("haut ") : • R&D pour production d'un faisceau à "haut ". • Il serait une suite du projet « bas   »  •  Présentation du potentiel physique • Thèmes à discuter: • Si et seulement si sin2(213)<0.01 ? • Synergie avec la physique « hors accélérateurs » ? • … Th. Lasserre - GDR neutrino

12. A discuter … • Mesure de précision des paramètres d’oscillation – liens GT5 - • Intérêt de la détermination de la hiérarchie de masse (ββ0) • Comparaison performance des projets «  »: • Sensibilité à  si sin2(213)>0.01 • Sensibilité à  si sin2(213)<0.01  Systématiques faisceaux/détecteurs • Potentiels physiques des trois techniques de LAGUNA (pour mesure des paramètres du neutrino) : - Argon liquide - Tcherenkov à eau - Liquide scintillant • … Th. Lasserre - GDR neutrino

13. Hors accélerateur • Présentation : Les expériences ββ0 de prochaine génération • - Super-Nemo • - Gerda-Majorana • - EXO • - … • Questions : • - Liens hiérarchie de masse, précision 13 & contraintes de ββ0 • Présentation : Les expériences réacteurs à l’échelle de 1-10 kt - Daya Bay, Tripe Chooz - Angra, KASKA … • Questions : - Amélioration contraintes 13 • - Intérêt d’une nouvelle mesure de 12 Th. Lasserre - GDR neutrino

14. En ouverture … • Autres thème de physique à développer : • Présentation des efforts pour la mise en évidence de la diffusion cohérente des neutrinos (+ applications) • Germanium à très bas seuil en énergie • TPC • … • Le moment magnétique du neutrino • INO, neutrino atmosphérique et hiérarchie de masse Th. Lasserre - GDR neutrino