1 / 62

Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem

Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem. Krzysztof M. Graczyk IFT, Uniwersytet Wrocławski. M. H. Ahn, et al., Phys. Rev. D74, 072003 (2006). Bardzo małe przekroje czynne Brak ładunku elektrycznego Detektory o dużej masie

cael
Télécharger la présentation

Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Modelowanie oddziaływania neutrin z materią w konfrontacji z eksperymentem Krzysztof M. Graczyk IFT, Uniwersytet Wrocławski

  2. M. H. Ahn, et al., Phys. Rev. D74, 072003 (2006) • Bardzo małe przekroje czynne • Brak ładunku elektrycznego • Detektory o dużej masie • K2K (O), ICARUS, T2K (Ar), Minos (Fe), OPERA (Pb) • Słaba znajomość wiązki neutrin • Neutrina akceleratorowe: K2K, T2K, CNGS, MINOS. • Niepewności od 10 do 20% oddziaływanie: neutrino-jądro • 2 główne cele: • oscylacje neutrin • wewnętrzna struktura nukleonu

  3. Oddziaływanie ChargedCurrent Oddziaływanie Neutral Current Jak oddziałuje neutrino np. w K2K Jak modelować???

  4. Jak modelować? • Neutrino o energiach kilka GeV • Impulse Approximation: neutrino oddziałuje jednocześnie tylko z jednym nukleonem • Wyjątek: Koherentna produkcja pionów • Opis oddziaływania: • rozpraszanie neutrina na swobodnym nukleonie • Nałożenie efektów jądrowych: różne podejścia i metody, bardziej lub mniej wyrafinowane.

  5. SPP: produkcja pojedynczych pionów • DIS: rozpraszanie nieelastyczne Rezonanse Tło nierezonansowe Formalizm DIS Hadronizacja  stany wielocząstkowe Rozpraszanie typu CC • ROZPRASZANIE: • Kwazielastyczne QE: • Nieelastyczne:

  6. K2K C. Juszczak, J.T. Nowak, J.T. Sobczyk, Nucl.Phys.Proc.Suppl.159:211-216,2006 K2K: E = (0.3, 5) GeV z maksimu w 1.2 GeV W K2K zawsze mamy do czynienia z mieszanką oddziaływań QE, RES oraz DIS okraszonych efektami jądrowymi M. H. Ahn, et al., Phys. Rev. D74, 072003 (2006)

  7. Form Faktory HipotezaCVC HipotezaPCAC Rozpraszanie:ep, en Jak najogólniej zapisać przekrój czynny OPIS PRĄDOWY: QE, REZ Używać opisu, który opiera się o dokładny opis elektroprodukcji

  8. Przypadek rozpraszania na swobodnym nukleonie Elektroprodukcja: (hipoteza CVC) Rozpraszanie kwazielastyczne

  9. Postać Dipolowa Form faktory elektromagnetyczne Dopasowanie BBA2003:H. Budd, A. Bodek, J. Arrington, hep-ex/0308005, NUINT02

  10. Rozpad beta Hipoteza PCAC Form Faktory Aksjalne

  11. Jak oddziałuję Neutrino ze swobodnym Nukleonem? Uwzględnienie efektów jądrowych (Jak??) ? ? Pomiar

  12. K. M. Graczyk, J. T. Sobczyk, Eur. Phys. J. C. 31, 177 (2003), Zakaz Pauliego Efekty jądrowe • Relatywistyczny gaz Fermiego • Zakaz Pauliego • Ruch Fermiego • Energia wiązania • Lokalny profil gęstości • Korelacje krótko i długo zasięgowe • Funkcja spektralna • Przybliżenie RPA • FSI: oddziaływanie produktów rozpraszania z jądrem

  13. Bliski detektor K2K Wyznaczenie Masy aksjalnej QE w K2K – pomiary rozpraszania neutrino-tlen R. Granet al.,Phys.Rev.D74:052002,2006.

  14. Rozważano zdarzenia jedno i dwu śladowe. • Ślady musiały kończyć się w MRD • Dłuższe ślady identyfikowano z mionami QE Założono, że neutrony w jądrze spoczywały Jak wybrano zdarzenia QE Dla dwu-śladowych zdarzeń rekonstruowano pęd „protonu” jako QE jeśli zgadzało się z dokładnością do 25 stopni to zakładano że mamy zdarzenie QE

  15. Analiza zdarzeń • Erec powrzucano do koszyków: 0.5-1.0, 1.5-1.5, 1.5-2.0, 2.0-2.5, 2.5-, GeV. • Koszyki dla Q2 co 0.1 GeV2/c2. • QE • SPP: model RS • p0: koherentna produkcja (RS) • DIS: GRV94 z poprawkami Bodka • Gaz Fermiego z energią wiązania • Kaskada Porównanie z MC Rozkład kątowy mionów oraz rozkład pędów mionów najlepiej pasowało do symulacji bez koherentnej produkcji pionów

  16. Jak wybrać zdarzenia?

  17. W analizie nie zawarto zdarzeń z Q2<0.2 GeV2 Za dużo w małym Q2 Wyniki Potrzeba dobrego opisu SPP, itd.. SPP: istotne tło w analizie Chyba za duża: patrz całkowity przekrój wcześniej oraz szacunek A. Ankowskiego, Acta Phys.Polon.B37:377,2006.

  18. Rezonansowa produkcja pojedynczych pionów Jak Rein i Sehgal model FKR zastosowali...

  19. QE Delta(1232) Jak opisywać? • Produkcja Delty(1232)  model form faktorowy, w oparciu o elektroprodukcje • Neutrinoprodukcja i elektroprodukcja: model Lee-Sato – uwzględnia tło nierezonansowe. • Elektroprodukcja: MAID: grupa z Mainz • Podejście zastosowane przez Reina i Sehgala: model kwarkowy – opisuje obszar rezonansowy do W < 2 GeV. J. T. Sobczyk, J. A. Nowak, ActaPhys.Polon.B37:19551966,2006.

  20. Trzy kwarki oddziałujące harmonicznie FKR: Relatywistyczny kwarkowy model oscylatorowyw służbie neutrinom • Fotoprodukcja: R.P. Feynman, M. Kislinger, and F. Ravndal, Phys. Rev. D 3, 2706 (1971) • Elektroprodukcja: F. Ravndal, Phys. Rev.D 4, 1466 (1971) • Neutrinoprodukcja: F. Ravndal, • Lett. Nuovo Cimento, 3 631 (1972) • Nuovo Cimento, 18A385 (1973) • D.Rein and L.M.Sehgal,AnnalsPhys. 133 (1981) 79 • D.Rein, Z. Phys. C 35 (1987) 43

  21. FKR Nukleon Foton, bozon Z lub W p N Barion Rein i Sehgal Konstrukcja prądu oddziaływania Model FKR powinien opisywać także rozpraszanie elastyczne!!!

  22. Dla każdego rezonansu konstruujemy funkcje falową: reprezentacja Sym(SU(2)xSU(3)xO(3)) Musimy znać liczby kwantowe: J, s, L, N, Q Funkcja falowa barionu Wyliczamy elementy macierzowe prądów hadronowych: amplitudy skrętnościowe Problemy na 3 i 4 poziomie oscylatora!!!

  23. Parametry modelu • Model zadany jest tylko przez trzy zewnętrzne parametry: • Nachylenie trajektorii Regge: W • Masy: wektorowa i aksjalna • Używa się fizycznych parametrów dla rezonansów Stosunkowo niewielko liczba parametrów zewnętrznych!!!

  24. Kwadraty mas rezonansów w zależności od liczby wzbudzenia (N) Parametr W

  25. CC NC Neutrinoprodukcja rezonansów

  26. Rein i Sehgla uwzględnili 18 rezonansów

  27. elektroprodukcja tylko neutrinoprodukcja Dwa rodzaje Form Faktorów Prąd oddziaływania

  28. Masa rezonansu  Masa nukleonu odstępstwo od rzeczywistości Wkład Rezonansowy Elektroprodukcja Neutrinoprodukcja F. Ravndal,Phys. Rev. D 4, 1466 (1971) F. Ravndal, Nuovo Cimento, 18A 385 (1973) Granica elastyczna: część wektorowa (proton)

  29. Granica elastyczna część aksjalna • Występująca w opisie RS masa aksjalna i wektorowa winna być identyczna jak w rozpraszaniu QE

  30. Konfrontacja z danymi na elektroprodukcje M.Osipenko et al., arXiv:hep-ex/0301033: Detektor CLAS (Hall B) JLab.

  31. Funkcja F2 Bardzo wczesne rachunki Bardzo wczesne rachunki Odtwarzając przekroje czynne nie uwzględniliśmy interferencji rezonansów.

  32. Neutrinoprodukcja pionów Wcut=1.6 GeV

  33. Wcut=1.6 GeV

  34. Problemy modelu • Model FKR nie opisuje wkładu elektrycznego do amplitudy na produkcję D(1232) (około 1.5%). • Rezonans P33(1440) (Roper) – nie do końca wiadomo jak opisywać. • Tło nierezonansowe: brak konsystentnego opisu.

  35. Nasze poprawki • Próbujemy zmienić Form Faktory • Dodaliśmy 7 rezonansów • 5 poniżej 2 GeV • 2 Powyżej 2 GeV • Dodaliśmy masę leptonu do modelu Bardzo wczesne rachunki

  36. M.Osipenko et al.,arXiv:hep-ex/0301033 Bardzo wczesne rachunki Poprawmy form faktory... Bardzo wczesne rachunki Zamierzamy porównać się z form faktorami na produkcje D(1223)  wkład J. Sobczyka

  37. Znikające wkłady (w ramach FKR) Rezonanse poniżej 2 GeV (****) Rezonanse poniżej 2 GeV Dodajmy pozostałe rezonanse

  38. Dwa kanały SPP na neutronie Bardzo wczesne rachunki Bardzo wczesne rachunki

  39. Inkluzywny przekrój czynny: elastyczności równe jedności Bardzo wczesne rachunki Dualność: K. M. Graczyk, C. Juszczak J. T Sobczyk Nucl.Phys.A781:227-246,2007

  40. M.O. Wascko,Nucl.Phys.Proc.Suppl.159:50-55,2006. SPP w MiniBooNE • Kalorymetr czerenkowski w MiniBooNE nie pozwala na obserwacje „wyrzuconych” nukleonów – pomiar zdarzeń semi-inkluzywnych – nie rozróżniane są kanały ekskluzywne. • Analizowano procesy na produkcję p+: Powyższe zdarzenia mogą stanowić aż 25% wszystkich rejestrowanych zdarzeń W MiniBooNE.

  41. Prawdziwa energia neutrin Prawdziwa liczba zdarzeń Przekroje czynne na SPP • Obserwowane liczba zdarzeń CC1p+ jest normalizowana do CCQE i przyrównana do przekrojów czynnych otrzymanych w MC – ta sama wiązka neutrin produkuje obydwa rodzaje zdarzeń. • Ominiecie problemu zmiany wiązki związanej z oscylacjami neutrin i generalnej nieznajomości wiązki. Zakładając, że wyniki MC dla QE są bardzo bliskie rzeczywistym, można otrzymać przekrój czynny CC1p+

  42. Analiza MC (NUANCE) Surowy stosunek uzyskany w MC jest okraszany przez energy smearing, cut efficiency and presence of background. Skupiono się na obszarze E(0.5, 1.4) GeV

  43. 25 % SPP w MiniBoone

  44. Uwagi końcowe • Aby dokładnie opisać rozpraszanie neutrin na swobodnych nukleonach musimy dobrze zrozumieć oddziaływanie neutrin z jądrami. • Istnieje potrzeba udoskonalania teoretycznych modeli opisujących produkcje pojedynczych pionów: • Poprawienie opisu RS (K.G + J. S.) • Doskonalszy opis efektów jądrowych • Koherentna produkcja pionów (może K.G. po NuInt07) • Opis jądra w ramach funkcji spektralnej (A. A. + J. S.) • FSI: Kaskada (C.J. + współpraca z D. S. (Kraków)) • Potrzeba porównywania się z jak najdokładniejszymi pomiarami eksperymentalnymi

  45. p N KONIEC

  46. Koherentna Produkcja Pionów • Neutrino oddziałuje jednocześnie z całym jądrem. • Oddz. zachodzi w przypadku: i) niewielkich przekazów pędów ii) niewielkich przekazów czteropędu Q2. • Liczby kwantowe opisujące jądro nie ulegają zmianie (ładunek, spin, izospin). • Oddziaływanie następuje poprzez wymianę neutralnego bozonu izoskalarnego.

  47. Koherentna Produkcja Pionów NC CC E. A. Paschos, A. Kartavstev, hep-ph/0309148 D. Rein, M. Sehgal, Nucl. Phys. B223 (1983) 29

  48. Piony produkowane są w kierunku do przodu względem kierunku ruchu neutrina. Niezbędne w przypadku analizy oddziaływania ne – elektrony rozpraszane są w tym samym kierunku. Analiza koherentnej produkcji pionów pozwala na badanie hipotezy PCAC – przekrój jest proporcjonalny do funkcji pionowej. Eksperyment Minerna pozwoli na rekonstrukcje 30% zdarzeń z koherentnej produkcji p0 ( p0 produkowane do przodu w wyniku rozpadu rezonansu są znacznie mniej energetyczne. Doświadczenie H. Gallagher, D. Harris, A. Kartavtsev, E.A Paschos: Neutral and Charged Current Neutrino-Nucleus Coherent measurements raport MINERnA

  49. Koherentna produkcja pionów M. Hasegawa, et al. Phys. Rev. Lett 95, 252301 (2005) Nie widać koheretnej produkcji pionów – konflikt z przewidywaniami Reina i Sehgala

  50. Potrzeba lepszego opisu rezonansów w obszarze do 2 GeV  Modyfikacje opisu RS. Uwzględnienie efektów jądrowych odgrywa kluczową rolę. Potrzebny lepszy opis produkcji koherentnej pionów. Za małe przekroje czynne dla niewielkich energii. Brak dobrego opisu na produkcje koherentną pionów. Model FKR nie dość dobrze pasuje do danych na elekroprodukcję. Uwagi końcowe

More Related