Apparition et disparition de neutrinos à T2K

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1 Apparition et disparition de neutrinos à T2K Sara Bolognesi (CEA-Saclay Irfu/SPP) Groupe Neutrino Accélérateur au SPP : S.B S.Emery SNLS E.Mazzucato G.Vasseur M.Zito Assemblée Générale de l'irfu le 3 juin 2014

2 Pourquoi les neutrinos? ~50 milliards de neutrinos par cm2 par seconde... (1 baryon pour 1 milliard de neutrinos)... mais une particule très élusive! Le neutrino joue un rôle très important dans l évolution de l'univers : Big-Bang MATIERE ANTIMATIERE Oscillation de neutrino c'est de l interférométrie! technique unique: sensible aux effets très petits si les signaux voyagent sur des longues distances aujourd'hui 1 Les neutrinos pourraient être responsables de l'asymétrie matière/antimatière qui a permis l'existence de l'univers 2 accès à une très haute échelle d'énergie: 1014 GeV

3 Les années des neutrinos! Prix 2012 de la Recherche 3

4 Les oscillations des neutrinos se dévoilent production 3 - détection e 2 - oscillations τ Sources des neutrinos: astrophysique : soleil rayons cosmiques artificiel : réacteurs accélérateurs 4

5 Les oscillations des neutrinos se dévoilent détection e 2 - oscillations 1 - production Oscillations décrites par 6 paramètres : fracti on τ n o i t c fra fraction τ τ Distance parcourue par les angles de mélange θ12θ23θ13 différences de masses m21 m31 violation de la symétrie CP ( différence matière-antimatière) 5

6 Les oscillations des neutrinos se dévoilent production 2 - oscillations 3 - détection e Derniers résultats des expériences de neutrinos: 2012: premières mesures de θ13 par expériences aux réacteurs: DayaBay DoubleChooz RENO τ proton 2013: première observation directe d'apparition des neutrinos 2014: meilleure mesure mondiale de θ 23 expérience T2K 6

7 T2K: Tokai to Kamioka SuperKamiokande: détecteur souterrain Cherenkov à eau (50 kt PMT) Faisceau: () Détecteur proche détection 7

8 Contribution IRFU : le détecteur proche ND280 Mesure apparition/disparition entre produits par l accélérateur et détectés par SuperK: ND280 mesure les et e présents initialement dans le faisceau Réaction dans les scintillateurs: μ + n p+μ e + n p+ e Time Projection Chambers pour identification et tracking e : MicroMegas développés à Saclay p / /e Autre contribution IRFU : système de protection des aimants supra du faisceau (SIS) 8

9 Disparition de Disparition entre détectés par ND280 et détectés par SuperK: avec ND280 réduction drastique de l'incertitude systématique sur le nombre attendu de : 22% 3% Résultat : 120 observés ils seraient 446 sans oscillation la plupart oscillent Meilleure mesure mondiale de l'angle de mélange θ 23: sin (θ 23)= pour hiérarchie normale (0.511 ± pour hiérarchie inverse) 9

10 Précision et symétries La mesure des paramètres d'oscillation ouvre une fenêtre sur le mécanisme à la base du phénomène: quelle loi de symétrie règle les valeurs des angles de mélange et des masses des neutrinos? MATIERE (particules) Symétrie entre matière et antimatière (symétrie CP) ANTI-MATIERE (anti-particules) Pour que l'univers tel qu'on l'observe existe il a été nécessaire que la matière prenne le dessus sur l antimatière Violation de symétrie CP les lois pour les particules doivent différer des lois pour les antiparticules Les oscillations des neutrinos pourraient être différents des oscillations des anti-neutrinos (violation de CP dans l'oscillation) Mesure d'apparition de e sensible à cette asymétrie (ACP) 10 μ e C 1 +C 2 sin ACP

11 Le premier pas vers le futur... T2K: première observation directe de l'apparition de e dans un faisceau de Analyse semblable à la précédente mais en recherchant le au lieu de : observation de 28 signifiance: 7.6 σ ACP matière = antimatière asymétrie maximale matière = antimatière asymétrie maximale matière = antimatière En comparant la valeur de θ 13 mesurée par T2K avec la mesure effectuée aux réacteurs : première indication sur la violation de CP dans l'oscillation des neutrinos : préférence pour asymétrie matière = antimatière maximale!

12 Les plans pour le futur Recherche de la violation de CP et compréhension de la symétrie à la base de l'oscillation Prise des données T2K : statistique 10 fois plus grande faisceau d'antineutrinos Nouvelles expériences à l étude (~10 ans) T2HK : SuperKamiokande HyperKamiokande (~25 fois plus grande) prototype 6mx6mx6m au CERN (WA105) Laguna/LBNO : (LBNE États-Unis) - très longue ligne de base : CERN Finlande - nouvelle technologie : très grande TPC avec Argon liquide (~50 kt) R&D: SPP/SEDI interaction en Argon liquide L'aventure scientifique continue et l'irfu est en première ligne! 12

13 Merci!

14 Les oscillations des neutrinos se dévoilent... Oscillations décrites par 6 paramètres artificiel : réacteurs accélérateurs e Sources des neutrinos: astrophysique : soleil rayons cosmiques 3 - détection 2 - oscillations 1 - production τ Derniers résultats des expériences de neutrinos: 2012: premières mesures de θ13 par expériences aux réacteurs: DayaBay DoubleChooz RENO angles de mélange θ12θ23θ13 différences de masses m21 m31 violation de la symétrie CP ( différence matière-antimatière) 2013: première observation directe d'apparition des neutrinos 2014: meilleure mesure mondiale de θ 23 expérience T2K B.U. 1

15 Précision et symétries La mesure des paramètres d'oscillation ouvre une fenêtre sur le mécanisme à la base du phénomène: quelle loi de symétrie règle les valeurs des angles de mélange et des masses des neutrino? Symétrie entre matière et antimatière (symétrie CP) MATIERE particules () ANTIMATIERE antiparticules () Pour que l'univers tel qu'on l'observe existe il a été nécessaire que la matière prenne le dessus sur l antimatière les lois pour les particules doivent violation de CP dans l'oscillation différer des lois pour les antiparticules Asymétrie matière/antimatière paramétrisée par la phase δcp: μ e C 1 +C 2 sin δcp μ e C 1 C 2 sin δcp δcp = 0 +/-π : matière = antimatière δcp = +/-π/2 violation de CP maximale Mesure d'apparition de e sensible à cette asymétrie B.U. 2

16 Production de a T2K aimants champ magnetique mur de filtrage π cible (grafite) protons K π K π π protons hadrons (Kaons Pions) K e π B.U. 3 / e / e e ( + / e+ e)

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