Double Chooz: Auf der Suche nach θ13 mit Reaktorneutrinos

Transkript

1 Double Chooz: Auf der Suche nach θ13 mit Reaktorneutrinos Tobias Lachenmaier Universität t TübingenT Workshop "Astroteilchenphysik in Deutschland" Zeuthen,

2 Auf der Suche nach θ13 ν e ν ν μ τ = c 0 23 s 23 s c c s e iδ s 13 c e 0 13 iδ c ij =cos θ s ij ij =sin θ ij c12 s12 0 ν 1 s12 c12 0 ν ν 3 atmosphärische ν + K2K Δm 2 atm θ 23 =(45 =(45±7) θ13? solare ν + KamLand Δm 2 sol θ 12 =(33 =(33±3) 3) θ13 ist der letzte unbestimmte Winkel der Mischungsmatrix. CHOOZ liefert bestes Limit: sin 2 (2θ 13 ) < 0.20 (90% C.L.)

3 Neutrinooszillationen Oszillationen mit zwei Oszillationslängen: Δm 2 sol ev 2 L 0 /E 30 km/mev Δm 2 atm ev 2 L 0 /E 1 km/mev sin 2 2θ 13 sin 2 2θ 12 KamLand sin 2 2θ 13 = 0.20 (CHOOZ Limit)

4 Die Double Chooz-Idee Ein zweiter, identischer Detektor nahe am Reaktor misst Neutrinofluss und -spektrum (ohne Oszillationseffekt). Damit wird die Unsicherheit des Neutrinoflusses, des Wirkungsquerschnitts der Nachweisreaktion, und der Detektor- Effizienz (nahezu) irrelevant. Mehr Statistik durch größere Targetmasse,, neues Detektordesign. sin 2 2θ 13 sin 2 2θ 12 DoubleChooz DoubleChooz

5 Das Double Chooz-Konzept Ferner Detektor 2 x 4,2 GW th Abstand m ca. 60 m.w.e. 2 identische Detektoren (10,6 m 3 ) Nachweisreaktion: ν e + p e + + n Gd-beladener Szintillator Abstand 1050 m im CHOOZ-Labor, 300 m.w.e. Naher Detektor Verzögerte Koinzidenz, Signal/Background > 100 Antineutrino eutrino-spektroskopie Sensitivität in sin 2 (2θ 13 ): 0.03 nach 3 Jahren

6 Double Chooz-Kollaboration

7 Detektoraufbau Double Chooz Acrylic gamma catcher vessel (R = 1,8m, H = 4 m, t = 8mm) LS LS + 0,1%Gd Acrylic target vessel (R=1,2m, h=2,8m, t = 12mm) Muon veto (shield) Thickness = 150mm Stainless steel buffer (R= 2,75m, h = 5,6m, t = 4mm)

8 Zufälliger Untergrund (single) Gamma- Double Chooz Verbesserung!

9 Antineutrino-Spektroskopie ν + p + e + e n n + Gd Gd + 8 MeV γ's e + τ =(30.7±0.5)µs n Schwelle: : E ν >1.8 MeV E ν = E vis MeV (0.8 MeV=m n -m p -m e )

10 Korrelierter Untergrund μ μ Untergrundbeitrag durch schnelle Neutronen aus Myon- Einfang und Spallation wurde in Simulationen bestimmt: Recoil p n capture on Gd Gd μ capture n from μ capture Gd Recoil p Spallation fast neutron Rate der ν-ähnlichen Ereignisse zwischen 1 und 8 MeV ohne Signal im Myon-Veto im fernen Detektor (300m.w.e): N bck <0.5 evts/day (90% C.L.) Signal (no osc): 85 evts/day im nahen Detektor (60m.w.e): N bck <3.2 evts/day (90%C.L.) Signal: 4000 evts/day

11 Muon-induzierte Radionuklide β-n cascade S/B: > 100:1 > 50:1 "lange" Lebensdauern erzeugt durch kosmische Myonen am 12 C des Szintillators ( 9 Li, 8 He, 11 Li) Spektrale Form bekannt Messung von σ prod am SPS des CERN mit E µ =190 GeV T. Hagner et al., Astropart. Phys. 14, 33 (2000) Daten aus CHOOZ, CTF und KamLAND Anteil sollte mit 50% Genauigkeit gemessen werden

12 Double Chooz working groups Szintillator: : Gd-Beladung, Stabilität, chemische Kompatibilität Kalibration Myonen-Veto und kosmogener Untergrund Photo-Multiplier Multiplier-Tubes Elektronik Maßstab-1:5 Modell Design Report

13 Das Signal: ν e disappearance Abweichung vom 1/r 2 -Verhältnis Verbesserte Statistik: Events im fernen Detektor (σ stat = 0.4%), 3 Mio. Events im nahen Detektor (3 Jahre) Abweichung in der spektralen Form CHOOZ Far Sensitivität in sin 2 (2θ 13 ) (1yr) < (3yrs)

14 Synergie Reaktor - Long Baseline Schlüsselrolle sselrolle von θ 13 für r CP-δ-Experimente und Massenhierarchie Korrelation/Entartung bei LBL-Experimenten Unabhängige ngige und komplementäre Information aus Reaktorexperiment "echte" (unzweideutige( unzweideutige,, unkorrelierte) θ 13 -Messung sin δ

15 Zusammenfassung Suche nach dem letzten unbestimmten Mischungswinkel der leptonischen Mischungsmatrix θ 13 wichtig für f r die Suche nach CP-Verletzung im ν-sektor Synergie zwischen Reaktor- und Long Baseline- Experimenten Die Messung von θ 13 / Verbesserung des sin 2 (2θ 13 )- Limits um eine Größ ößenordnung auf 0.03 (90% C.L., Δm 2 23 = ev 2 ) ist mit dem Reaktorneutrino- Experiment Double-Chooz möglich. Erste Resultate 2009 US/Europäische Double-Chooz Kollaboration Letter of Intent: hep-ex ex/