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GDR Neutrino Compte rendu d’activités du groupe GT1 et programme futur (détermination des paramètres du neutrino ). Thierry Lasserre (CEA/Saclay & APC) Dominique Duchesneau (LAPP) IPN Orsay 4-5 Octobre 2006.  solaires + KamLAND + réacteur @ 80 km.  atmospheriques + K2K +

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Presentation Transcript
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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

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 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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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… 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

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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

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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

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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