GDR Neutrino

Compte rendu d’activités du groupe GT1et programme futur

(détermination des paramètres du neutrino)

Thierry Lasserre (CEA/Saclay & APC)Dominique Duchesneau (LAPP)

IPN Orsay4-5 Octobre 2006

Th. Lasserre - GDR neutrino

[m221 - 12] – [m2

32 - 23] – signe(m232) - 13 -

Superfaisceaux+

réacteurs @1-2 km+

Usines à faisceaux β

sin2(213)<0.15 (CHOOZ) 13 ?(petit angle)

Hierarchie de masse signe(m232 ) ?

Violation CP phase ?

solaires +

KamLAND+

réacteur @80 km

MSW-LMA

m212~O(10-4/-5) eV2

sin2(212)~0.8(grand angle)

atmospheriques +

K2K+

MINOS & Superfaisceaux

m232~2-3 10-3 eV2

sin2(223)~1(angle maxi ?)

Mais pas d’échelle de masse absolue avec les oscillations --> & 0 ?

Rappel des paramètres à mesurer

Th. Lasserre - GDR neutrino

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)

Programme du groupe GT1

Th. Lasserre - GDR neutrino

Étape 1 : Confirmation des oscillations, mesures de matm

2 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 …

Les étapes envisagées

Étape 2 : Vers la détermination de 13 (si sin2(213)<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

Conclusions (réunion mai 2006)

Autres thème de physique à développer : Liens avec d’autres GT’s La diffusion cohérente des neutrinos Le moment magnétique du neutrino

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

Th. Lasserre - GDR neutrino

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

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

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. 

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

Th. Lasserre - GDR neutrino

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

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(213)>0.002) Sensibilité à la violation CP dans le domaine leptonique. synergie avec la physique « hors accélérateurs » …

Esquisse de la feuille de route: projet à long terme Horizon 2015 …

Th. Lasserre - GDR neutrino

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(213)<0.01 ? Synergie avec la physique « hors accélérateurs » ? …

… projet à très long termeHorizon 20XY, X2, Y69 …

Th. Lasserre - GDR neutrino

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(213)>0.01 Sensibilité à si sin2(213)<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 …

A discuter …

Th. Lasserre - GDR neutrino

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

Hors accélerateur

Th. Lasserre - GDR neutrino

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

En ouverture …