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Neutrinooszillationen: Präzisionsphysik mit Geisterteilchen Vorstellungskolloquium im Rahmen des Habilitationsverfahrens des Habilitationsverfahrens Universität.

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1 Neutrinooszillationen: Präzisionsphysik mit Geisterteilchen Vorstellungskolloquium im Rahmen des Habilitationsverfahrens des Habilitationsverfahrens Universität Würzburg 8. Januar 2007 Walter Winter Universität Würzburg TexPoint fonts used in EMF: AA A

2 Physikal. Kolloqium - W. Winter2 Inhalt Einführung Einführung Drei-Flavor Neutrinooszillationen Drei-Flavor Neutrinooszillationen Experimente mit künstlichen Neutrinoquellen Experimente mit künstlichen Neutrinoquellen Auf dem Weg zur Präzisionsmessung Auf dem Weg zur Präzisionsmessung Wofür sind diese Messungen gut? Wofür sind diese Messungen gut? Ausblick Ausblick

3 Physikal. Kolloqium - W. Winter3 (KATRIN, 2006) Etwas Historie Nobelpreise in der Neutrinophysik: Nobelpreise in der Neutrinophysik: 1988 Entdeckung des Myon-Neutrinos (Lederman, Schwartz, Steinberger) 1995 Entdeckung des Neutrinos (Frederick Reines) 2002 Entdeckung kosmischer Neutrinos (Ray Davis Jr., Masatoshi Koshiba) ???? Mass. Neutrinos/Neutrinooszillationen 1933 Pauli postuliert Neutrino wegen fehlender Energie im Betazerfall 1933 Pauli postuliert Neutrino wegen fehlender Energie im Betazerfall (Super-Kamiokande, 1998; Chooz, 1999; SNO ; KamLAND 2002)

4 Physikal. Kolloqium - W. Winter4 Das Standardmodell der Elementarteilchen Drei Generationen Fermionen: Drei Neutrinos Drei Generationen Fermionen: Drei Neutrinos Neutrinos masselos im Standardmodell Neutrinos masselos im Standardmodell Experimentelle Probleme: Experimentelle Probleme: –Neutrinos oszillieren –Dunkle Materie, dunkle Energie Physik jenseits des Standardmodells? Physik jenseits des Standardmodells? (Glashow, Salam, Weinberg; t Hooft, Veltman; Gross, Politzer, Wilczek; many many others)

5 Physikal. Kolloqium - W. Winter5 Warum sind Neutrinos so schwer zu fassen? Es gibt sehr viele Neutrinos (z. B. aus der Sonne, Atmosphäre): s -1 cm -2 alleine von der Sonne Es gibt sehr viele Neutrinos (z. B. aus der Sonne, Atmosphäre): s -1 cm -2 alleine von der Sonne Aber: Kaum Wechselwirkungen; keine Ladung, keine starke WW Aber: Kaum Wechselwirkungen; keine Ladung, keine starke WW Daher: Baue große Detektoren (O(1000 t)) oft tief unter Tage (Background-Reduktion) Daher: Baue große Detektoren (O(1000 t)) oft tief unter Tage (Background-Reduktion) (SNO)

6 Physikal. Kolloqium - W. Winter6 Woher kommen die Neutrinos? keV MeVGeVTeV E [eV] Natürliche Quellen Künstliche Quellen = man made

7 Physikal. Kolloqium - W. Winter7 Das Geheimnis der fehlenden Neutrinos Vorhergesagte Elektron- Neutrinorate aus der Sonne (John Bahcall) passte nicht zur Beobachtung (Ray Davis Jr.). Vorhergesagte Elektron- Neutrinorate aus der Sonne (John Bahcall) passte nicht zur Beobachtung (Ray Davis Jr.). Verschwinden die Neutrinos? Oder war das Modell falsch? (1960er bis 90er) Verschwinden die Neutrinos? Oder war das Modell falsch? (1960er bis 90er) Rate der Neutrinos von unten und oben kommend sollte gleich sein Aber: Die Hälfte fehlt von unten. Hinweis auf einen Flavor-Übergang! (Super-Kamiokande: Evidence for oscillations of atmospheric neutrinos, 1998)

8 Physikal. Kolloqium - W. Winter8 Wohin sind die Neutrinos verschwunden? Für massive Neutrinos, die mischen: oszillieren: oszillieren: Amplitude Frequenz Baseline: Quelle - Detektor Energie (Pontecorvo, 1957; Maki, Nakagawa, Sakata, 1962) EZ schwache WWEZ Masse

9 Physikal. Kolloqium - W. Winter9 Neutrinomischung mit drei Flavors ( ) ( ) ( ) =xx Drei Mischungswinkel, eine CP-Phase CP Drei Mischungswinkel, eine CP-Phase CP Zwei zusätzliche Phasen für Majorana-Neutrinos, aber für Oszillationen irrelevant Zwei zusätzliche Phasen für Majorana-Neutrinos, aber für Oszillationen irrelevant (s ij = sin ij c ij = cos ij )

10 Physikal. Kolloqium - W. Winter10 Neutrinomasse Neutrinos sind viel leichter als die Quarks, geladenen Leptonen Neutrinos sind viel leichter als die Quarks, geladenen Leptonen Zwei Massenquadrat- differenzen relevant für Oszill. : | m 21 2 | << | m 31 2 | Zwei Massenquadrat- differenzen relevant für Oszill. : | m 21 2 | << | m 31 2 | Massenhierarchie: Normal oder invertiert? Massenhierarchie: Normal oder invertiert? Massenspektren: Hierarchisch oder entartet? Massenspektren: Hierarchisch oder entartet?

11 Physikal. Kolloqium - W. Winter11 Drei-Flavor-Neutrinooszillationen Kopplungsstärke: 13 Atmosphärische Oszillationen: Amplitude: 23 Frequenz: m 31 2 Solare Oszillationen: Amplitude: 12 Frequenz: m 21 2 Unterdrückter Effekt: CP CP-Verletzung ist nötig um unsere Existenz rechtzufertigen! (Materie-Antimaterie-Asymmetrie) Ist dieser Parameter der Schlüssel? Nur obere Grenze bisher! Ohne 13, keine CP-Verletzung messbar und Anordnung der Massen sehr schwer zugänglich (sgn( m 31 2 )) (Super-K, 1998; Chooz, 1999; SNO ; KamLAND 2002)

12 Physikal. Kolloqium - W. Winter12 Was wir über Neutrinos (nicht) wissen Gibt es in drei aktiven (=schwach wechselwirkenden) Flavors Gibt es in drei aktiven (=schwach wechselwirkenden) Flavors Neutrino-Oszillationsparameter (1 ): m 21 2 ~ eV % sin ~ % | m 31 2 | ~ (2 – 2.5) eV 2 sin ~ 1+- 7% sin 2 2 CP Massenhierarchie: Normal oder invertiert? Neutrino-Oszillationsparameter (1 ): m 21 2 ~ eV % sin ~ % | m 31 2 | ~ (2 – 2.5) eV 2 sin ~ 1+- 7% sin 2 2 CP Massenhierarchie: Normal oder invertiert? Andere Parameter: (Majorana-Phasen) Absolute Neutrino-Massenskala? < 1 eV Massenterme: Dirac oder Majorana? Andere Parameter: (Majorana-Phasen) Absolute Neutrino-Massenskala? < 1 eV Massenterme: Dirac oder Majorana? Kleine Nicht-standard Beimischungen, wie etwa sterile Neutrinos, Neutrinozerfall etc? LSND-Anomalie? Kleine Nicht-standard Beimischungen, wie etwa sterile Neutrinos, Neutrinozerfall etc? LSND-Anomalie? Max. Mischung auf 5 ausgeschl.! Exakt maximale Mischung? Nur obere Schranke! (siehe z. B. Bahcall et al, hep-ph/ ; Super-K, hep-ex/ ; CHOOZ+solare paper)

13 Physikal. Kolloqium - W. Winter13 Wichtige offene experimentelle -Fragen 1. Absolute Massenskala 2. Wie groß ist 13 ? Lept. CP-Verletzung? Massenhierarchie? 3. Spektrum astro- physikalischer Neutrinos: Neutrinoteleskope 4. Niederenergie-Neutrinos aus der Sonne: Test des solaren Standardmodells 5. Test der LSND-Anomalie Aus der US APS-Studie (2004): We recommend, as a high priority, a comprehensive U.S. program to determine the character of the neutrino mass spectrum, and to search for CP violation among neutrinos. This program should have the following components: - An expeditiously deployed multi- detector reactor experiment […] - A timely accelerator experiment with [...] sensitivity to the mass hierarchy through matter effects - A proton driver in the megawatt class […] and neutrino super- beam with an appropriate very large detector […] Forschung der kommenden Jahre: Wie sieht das genau aus?

14 Physikal. Kolloqium - W. Winter14 Ein Multi-Detektor-Reaktorexperiment … für eine saubere Messung von 13 Double Chooz 3 Jahre Daya Bay, Braidwood, Angra, Triple Chooz? (Minakata et al, 2002; Huber, Lindner, Schwetz, Winter, 2003) Identische Detektoren, L ~ km Unbek. Systemtatik wichtig für große Lumi. NB: Keine Sensitivität auf CP und Massenhierarchie!

15 Physikal. Kolloqium - W. Winter15 Spin-off: Nuclear monitoring Idee: Baue Detektor in Lastwagengröße um Inventar eines Reaktors zu überwachen Idee: Baue Detektor in Lastwagengröße um Inventar eines Reaktors zu überwachen Prinzip: Die Event-Raten nahe eines Reaktors sind hoch, die (Anti-)Neutrinos kann man nicht abschirmen: Prinzip: Die Event-Raten nahe eines Reaktors sind hoch, die (Anti-)Neutrinos kann man nicht abschirmen: –0.64 t Detektor –25 m vom Reaktorkern –Typische thermische Leistung = 3.46 GW –~4000 Events/Tag für 100% Detektionseffizienz Antineutrino-Rate hängt von Isotop und Zeit ab (Burn-up-Effekt) Antineutrino-Rate hängt von Isotop und Zeit ab (Burn-up-Effekt) Angestrebe Präzision: ~ O(10) kg Angestrebe Präzision: ~ O(10) kg Anzahl Antineutrinos/Zerfälle hängt von Isotop ab! (Adam Bernstein, LLNL)

16 Physikal. Kolloqium - W. Winter16 Auf dem Weg zur Präzisionsmessung: Neutrino Beams Künstliche Quelle: Beschleuniger, Reaktor Oft: Nahdetektor (Wirkungsquerschnitte, Systematik) Ferndetektor Baseline: L ~ E/ m 2 (Osz.- länge) ?

17 Physikal. Kolloqium - W. Winter17 In Betrieb: MINOS Messung der atmosphärischen Parameter mit hoher Präzision Messung der atmosphärischen Parameter mit hoher Präzision Auftauchen von Neutrinos mit anderem Flavor? Auftauchen von Neutrinos mit anderem Flavor? Fermilab - Soudan L ~ 735 km Ferndetektor: 5400 t Nahdetektor: 980 t 735 km Beam line

18 Physikal. Kolloqium - W. Winter18 GLoBES AEDL Abstract Experiment Definition Language Definiere+modifiziere Experimente AEDL-Dateien User Interface C-Bibliothek, die AEDL-Dateien lädt Funktionalität zur Experimentsimulation Simulation zukünftiger Experimente lin/globes/ (Huber, Lindner, Winter, 2004) Anwendungssoftware wird mit User Interface gelinkt Berechne Sensitivitäten etc.

19 Physikal. Kolloqium - W. Winter19 Event-Raten-Berechnung In der Praxis: Sekundärteilchen werden ausintegriert Detektor-Response R(E,E´) EE´

20 Physikal. Kolloqium - W. Winter20 GLoBES 3.0 Release GLoBES 3.0 Release Neue Features: Neue Features: –Benutzerdefinierte Systematik (z. B. für Reaktorexperimente) –Benutzerdefinierte Priors (z. B. um externe Experimente zu addieren) –Nicht-Standard-Physik unterstützt (Huber, Kopp, Lindner, Rolinec, Winter, to appear) (Huber, Kopp, Lindner, Rolinec, Winter, in Vorbereitung)

21 Physikal. Kolloqium - W. Winter21 Die Jagd nach 13 Beispielszenario; Bänder repräsentieren unbekanntes CP Beispielszenario; Bänder repräsentieren unbekanntes CP Neue Generation von Experimenten dominiert sehr schnell! Neue Generation von Experimenten dominiert sehr schnell! Neutrinofabrik: Reichweite sin ~ (=Oszillationsamplitude) Neutrinofabrik: Reichweite sin ~ (=Oszillationsamplitude) (from: FNAL Proton Driver Study; Albrow, …, Winter, et al, 2005) GLoBES 2005

22 Physikal. Kolloqium - W. Winter22 Perspektiven für die nächsten 10 Jahre (Huber, Lindner, Rolinec, Schwetz, Winter, 2004) Bestimmung von Massenhierarchie, CP-Verletzung unwahrscheinlich! 90% CL (solid) 3 (dashed)

23 Physikal. Kolloqium - W. Winter23 Ultimative Präzision: Neutrinofabrik? Myonzerfälle in den geraden Sektionen eines Speicherrings Myonzerfälle in den geraden Sektionen eines Speicherrings Natürlicherweise zwei Baselines Natürlicherweise zwei Baselines Vorstufe zum Myon-Collider? Vorstufe zum Myon-Collider? ~ Events/Jahr im -> -Kanal (L=3.000 km) ~ Events/Jahr im -> -Kanal (L=3.000 km) (from: CERN Yellow Report )

24 Physikal. Kolloqium - W. Winter24 Appearance-Kanäle: e Kompliziert, enthält aber alle relevanten Informationen: 13, CP, Massenhierarchie (via A) Kompliziert, enthält aber alle relevanten Informationen: 13, CP, Massenhierarchie (via A) (Cervera et al. 2000; Freund, Huber, Lindner, 2000; Freund, 2001)

25 Physikal. Kolloqium - W. Winter25 Korrelationen und Entartungen Zusammenhängende (grün) oder nicht- zusammenhängende (gelb) entartete Lösungen (best. confidence level) im Parameterraum Zusammenhängende (grün) oder nicht- zusammenhängende (gelb) entartete Lösungen (best. confidence level) im Parameterraum Beeinträchtigen Messungen Beispiel: 13 -Sensitivität Beeinträchtigen Messungen Beispiel: 13 -Sensitivität (Huber, Lindner, Winter, 2002) Diskrete Entartungen: (, 13 )-Entartung (Burguet-Castell et al, 2001) sgn-Entartung (Minakata, Nunokawa, 2001) ( 23, /2- 23 )-Entartung (Fogli, Lisi, 1996) Diskrete Entartungen: (, 13 )-Entartung (Burguet-Castell et al, 2001) sgn-Entartung (Minakata, Nunokawa, 2001) ( 23, /2- 23 )-Entartung (Fogli, Lisi, 1996)

26 Physikal. Kolloqium - W. Winter26 Welche Baselines, welche Energien? km gut für CP-Verletzung km gut für CP-Verletzung ~7500 km gut für Massenhierarchie, Entartungsaufl. ~7500 km gut für Massenhierarchie, Entartungsaufl. Benutze zwei Baselines: 4000 km+7500 km, E > 40 GeV Benutze zwei Baselines: 4000 km+7500 km, E > 40 GeV Massenhier. CP-Verletzung 13 -Sens. Fig. aus Huber, Lindner, Rolinec, Winter, Beitrag zur International scoping study of a future Neutrino factory and super-beam facility, $50 Mio.? ~600 CPU-hrs

27 Physikal. Kolloqium - W. Winter27 Erdmaterie enthält Elektronen, aber kaum, Erdmaterie enthält Elektronen, aber kaum, Kohärente Vorwärtsstreuung in Materie hat Nettoeffekt auf Elektron-Flavor: Kohärente Vorwärtsstreuung in Materie hat Nettoeffekt auf Elektron-Flavor: Materieeffekte sind proportional zu L und Materieeffekte sind proportional zu L und Hamiltonian im Flavor-Raum: Hamiltonian im Flavor-Raum: Materieeffekte in -Oszillationen (MSW) Y: Elektronen- anteil ~ 0.5 (Elektronen pro Nukleon) (Wolfenstein, 1978; Mikheyev, Smirnov, 1985) e nur e e

28 Physikal. Kolloqium - W. Winter28 Materieprofil der Erde … aus der Sicht eines Neutrinos (PREM: Preliminary Reference Earth Model) Kern Innerer Kern

29 Physikal. Kolloqium - W. Winter29 Materieeffekte: Fluch oder Segen? Wichtig für Massenhierarchie- Bestimmung: Wichtig für Massenhierarchie- Bestimmung: Problem für andere Parameter ( 13, CP ): Geophysikalische Materiedichte- unsicherheiten (gemessen von seismischen Wellen) Problem für andere Parameter ( 13, CP ): Geophysikalische Materiedichte- unsicherheiten (gemessen von seismischen Wellen) ca. 5% Unsicherheit im Materieprofil ca. 5% Unsicherheit im Materieprofil Materedichteunsicherheiten in 3D-Mod. ~ 5% (http://cfauvcs5.harvard.edu/lana/rem/mapview.htm) sgn(F) Anti- Anti- m 31 2 >0 m 31 2 >0+- m 31 2 <0 m 31 2 <0-+

30 Physikal. Kolloqium - W. Winter30 Leptonische CP-Verletzung CP-Verletzung ~ Antiteilchen haben andere Eigenschaften als Teilchen CP-Verletzung ~ Antiteilchen haben andere Eigenschaften als Teilchen Test von CP-Verletzung: Vergleich mit CP- konjugiertem Experiment ~ Vergleich Neutrinos – Antineutrinos (in Vakuum): Test von CP-Verletzung: Vergleich mit CP- konjugiertem Experiment ~ Vergleich Neutrinos – Antineutrinos (in Vakuum): Problem der Erdmaterie: Verletzt CP, CPT (da kaum Positronen in der Erde; ggf. auch asymmetrisches Materieprofil) Problem der Erdmaterie: Verletzt CP, CPT (da kaum Positronen in der Erde; ggf. auch asymmetrisches Materieprofil) CP-Verletzung ist nur in Konvolution mit vielen anderen Parametern messbar; prop. zu sin CP CP-Verletzung ist nur in Konvolution mit vielen anderen Parametern messbar; prop. zu sin CP

31 Physikal. Kolloqium - W. Winter31 Neutrino-Tomographie?! L ~ km (v. FNAL) Präzision der mittleren Dichtemessung bei sehr langen Baselines ~ % (1, große 13 ) Präzision der mittleren Dichtemessung bei sehr langen Baselines ~ % (1, große 13 ) (Winter, 2005; Minakata, Uchinami, 2006; Gandhi, Winter, 2006)

32 Physikal. Kolloqium - W. Winter32 Warum diese Messungen? Massen-Modelle beschreiben Massen und Mischungen durch Symmetrien, GUTs, Anarchieargumente etc. Massen-Modelle beschreiben Massen und Mischungen durch Symmetrien, GUTs, Anarchieargumente etc. Vorhersagen für 13, 23 - /4, Massenhierarchie, etc. Vorhersagen für 13, 23 - /4, Massenhierarchie, etc. Beispiel: Literaturrecherche für 13 Beispiel: Literaturrecherche für 13 (Albright, Chen, 2006) Peak generisch oder voreingenommen? Experimente liefern wichtige Hinweise für Theorie

33 Physikal. Kolloqium - W. Winter33 Mischung: Quarks versus Leptonen Grundidee: Gleiche Parameterisierung Grundidee: Gleiche Parameterisierung Ergebnis: Kaum Mischung (Quarks) versus fast maximale Mischung (Leptonen) – Wieso? Ergebnis: Kaum Mischung (Quarks) versus fast maximale Mischung (Leptonen) – Wieso? < V CKM U PMNS

34 Physikal. Kolloqium - W. Winter34 Der Traum von der großen Vereinheitlichung Phänomenologischer Hinweis z. B. (Quark-Lepton- Komplementarität - QLC) Phänomenologischer Hinweis z. B. (Quark-Lepton- Komplementarität - QLC) Gibt es eine Größe ~ C, die alle Mischungen und Hierarchien erklären kann? Gibt es eine Größe ~ C, die alle Mischungen und Hierarchien erklären kann? Überbleibsel der GUT Überbleibsel der GUT Lepton- Sektor Quark- Sektor Symmetrie- brechung(en) E GUT (Petcov, Smirnov, 1993; Smirnov, 2004; Raidal, 2004; Minakata, Smirnov, 2004)

35 Physikal. Kolloqium - W. Winter35 Manifestation von Massenhierarchien Quarks/gel. Leptonen: m u :m c :m t = 4 : 3 :1, m d :m s :m b = 4 : 2 :1, m e :m :m = 4 : 2 :1 Massenhierarchien Quarks/gel. Leptonen: m u :m c :m t = 4 : 3 :1, m d :m s :m b = 4 : 2 :1, m e :m :m = 4 : 2 :1 Neutrinomassen: m 1 :m 2 :m 3 ~ 2 : :1, 1:1: oder 1:1:1 Neutrinomassen: m 1 :m 2 :m 3 ~ 2 : :1, 1:1: oder 1:1:1 Mischungen Mischungen V CKM ~ U PMNS ~ V CKM + U bimax ? Kombination aus und max. Mischungen?

36 Physikal. Kolloqium - W. Winter36 Erweiterte Quark-Lepton-Komplementarität (Plentinger, Seidl, Winter, 2006) Nur generische Annahmen: Alle vorkommenden Mischungswinkel Nur generische Annahmen: Alle vorkommenden Mischungswinkel Teste von Möglichkeiten systematisch: davon kompatibel mit momanten Daten Teste von Möglichkeiten systematisch: davon kompatibel mit momanten Daten Neue Summenregeln und systematische Klassifizierung von Texturen (Neutrinomassen-Schemata). Beispiel: Diamanten -Texturen mit neuen Summenregeln, z. B. Neue Summenregeln und systematische Klassifizierung von Texturen (Neutrinomassen-Schemata). Beispiel: Diamanten -Texturen mit neuen Summenregeln, z. B.

37 Physikal. Kolloqium - W. Winter37 Vorhersagen aus erweiterter QLC Generische Vorhersagen für Mischungswinkel Generische Vorhersagen für Mischungswinkel Im Vergleich zur GUT-Literatur: Kein Peak bei sin ~ 0.04, Einige Modelle mit kleinen sin ~ Im Vergleich zur GUT-Literatur: Kein Peak bei sin ~ 0.04, Einige Modelle mit kleinen sin ~ (Plentinger, Seidl, Winter, 2006) MADE IN WÜRZBURG

38 Physikal. Kolloqium - W. Winter38 Dirac- oder Majorana-Massenterme? Dirac- oder Majorana-Massenterme? See-saw: See-saw: Neutrinomasse: Dirac versus Majorana Majorana- Massenterme implizieren schwere M R See-saw: Erklärt winzige Masse Leptogenese: Zerfall der M R Sieg der Materie über Antimaterie

39 Physikal. Kolloqium - W. Winter39 0 -Zerfall: Testet diese Majorana-Eigenschaft 0 -Zerfall: Testet diese Majorana-Eigenschaft Rate ~ Kernphysik x |m ee | Rate ~ Kernphysik x |m ee | Ist das sein eigenes Antiteilchen? (Heidelberg-Moscow, COBRA, EXO, NEMO, Gotthart, Majorana, etc.)

40 Physikal. Kolloqium - W. Winter40 Komplementarität 0 /Long-Baseline Momentan relativ großer Bereich theoretisch erlaubt Momentan relativ großer Bereich theoretisch erlaubt Insbesondere verschwindende Rate erlaubt ( m 31 2 >0) Insbesondere verschwindende Rate erlaubt ( m 31 2 >0) Synergien mit LBL: z. B. m 31 2 NOvA + Stärkerer 0 -Bound = Dirac-Massenterme Synergien mit LBL: z. B. m 31 2 NOvA + Stärkerer 0 -Bound = Dirac-Massenterme Leichteste Neutrinomasse 0 -Zerfallsrate

41 Physikal. Kolloqium - W. Winter41 0 -Zerfall und erweiterte QLC Verschwin- dene 0 - Rate benötigt Fine-tuning von Phasen Verschwin- dene 0 - Rate benötigt Fine-tuning von Phasen Unwahrscheinlich für konkrete Modelle Beispiel: Erweiterte QLC (+ best. Phasen- annahmen) Unwahrscheinlich für konkrete Modelle Beispiel: Erweiterte QLC (+ best. Phasen- annahmen) |m ee | > eV für 99% (Plentinger, Seidl, Winter, 2006)

42 Physikal. Kolloqium - W. Winter42 Bild von Physik jenseits des Standardmodells: SUSY? Baryogenese? See-saw? GUT? Dunkle Materie? Dunkle Energie? … Seltene Zerfälle Astrophysik+ Kosmologie Electroschw. Präzision Neutrino- oszillationen 0 -Zerfall ILC LHC Bisher überzeugende Evidenz!? Protonzerfall, … Physik jenseits des Standardmodells: Zukunft

43 Physikal. Kolloqium - W. Winter43 Ausblick - Phänomenologie (subjektive Auswahl) Experiment-Strategien zur Präzisionsmessung der Oszillationsparameter Experiment-Strategien zur Präzisionsmessung der Oszillationsparameter Gibt es weitere Nicht-Standard-Physik in Neutrinooszillationen? Gibt es weitere Nicht-Standard-Physik in Neutrinooszillationen? Maschinisierter, systematischer Test einer großen Klasse von Modellen Maschinisierter, systematischer Test einer großen Klasse von Modellen Vergleich Quarks-Leptonen: Warum nützt eine präzisiere Bestimmung von U PMNS ? Vergleich Quarks-Leptonen: Warum nützt eine präzisiere Bestimmung von U PMNS ? Verbindung Neutrinooszillationen-LFV-0 - Collider etc. Verbindung Neutrinooszillationen-LFV-0 - Collider etc.

44 Physikal. Kolloqium - W. Winter44 Warum Neutrinos? Neutrinos sind die zweithäufigsten Teilchen im Universum Neutrinos sind die zweithäufigsten Teilchen im Universum Wenn wir die Neutrinos nicht verstehen, verstehen wir das Universum nicht! Wenn wir die Neutrinos nicht verstehen, verstehen wir das Universum nicht!

45 Physikal. Kolloqium - W. Winter45 Backup

46 Physikal. Kolloqium - W. Winter46 Neutrino oscillations in vacuum Two independent Two independent m 2 s! Hamiltonian diagonal in mass space! Source of CP violation if CP not 0 or Oscillation signature: m 2 L/E Applied quantum mechanics!

47 Physikal. Kolloqium - W. Winter47 Einige künstliche Neutrinoquellen Quelle Produktion … und Detektion LimitationL ReaktorSystematik 1-2 km ~4 MeV Super- beam Intrinsischer Beam- background ,500 km 0.5 – 5 GeV Neutrino fabrik Ladungs- trennung ,500 km GeV -Beam -BeamRadioaktivität ,000 km 0.3 – 10 GeV Für führende atm. Param. Signal prop. sin Kontamination

48 Physikal. Kolloqium - W. Winter48 Reaktorexperimente Short baseline: 13 Long baseline: 12, m 21 2

49 Physikal. Kolloqium - W. Winter49 Erweiterte QLC - Prozedur 1. Generiere alle Möglichen U l, U mit Mischungswinkeln 2. Berechne U PMNS und lese Mischungswinkel ab; selektiere nur Modelle kompatibel mit Daten 3. Generiere Texturen für unterschiedliche Massenhierarchie-Annahmen Keine Diagonalisierung notwendig! Keine Diagonalisierung notwendig! Geladene Leptonen- Massenterme Neutrino- Massenterme Wechselwirkungs- Lagrangian


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