Fisica dei neutrini

A. Marrone Fenomenologia dei neutrini solari ed atmosfericiF. Villante I neutrini e il modello solareN. Ferrari Esperimenti per la rivelazione dei neutrini solariD. Nicolo' Test delle oscillazioni di neutrino ai reattoriP. Migliozzi Il programma di fisica del CNGS M. Bonesini Futuri progetti agli acceleratoriG. Mangano Neutrini cosmologici e nucleosintesi primordialeT. Montaruli La rivelazione dei neutrini astrofisiciC. Giunti Teoria delle oscillazioni di neutrino T. Tabarelli Misure dirette della massa dei neutriniM. Frigerio Oscillazioni e Leptogenesi: test del meccanismo Seesaw M. Picariello Modelli fenomenologi di masse dei leptoni

D. Montanino, F. Terranova

1998-2002: una vera "golden age" della fisica del neutrinoSolida evidenza sperimentale di mν≠0 dal fenomeno delle oscillazioni

Neutrini solari

1970: Homestake⇓

1983: Kamiokande⇓

1990: SAGE + GALLEX⇓

1996: Super-Kamiokande⇓

2001: SNO⇓

2002: KAMLAND

Neutrini atmosferici

1982: IMB⇓

1983: Kamiokande⇓

1989: Soudan 2⇓

1996: Super-Kamiokande⇓

1998: SK zenith distribution⇓

2002: K2K

Una radiografia della "golden age"A. Marrone Fenomenologia dei neutrini solari ed atmosfericiF. Villante I neutrini e il modello solareN. Ferrari Esperimenti per la rivelazione dei neutrini solariD. Nicolo' Test delle oscillazioni di neutrino ai reattori

Talk di A.Marrone

∆m2 = (2.6 ± 0.4) × 10-3 eV2 (at 1σ)sin2θ23≈1

From atmospheric +K2K analysis

LMA-I (~1σ) : δm2 ≈ (7.3 ± 0.8) × 10-5 eV2

sin2 θ12 ≈ 0.315 ± 0.035sin2 θ13 ≤ 0.017

From solar +KamLand analysis

R. Davis, Nobel prize 2002

Radiochemical Real time

M. KoshibaNobel prize 2002

N.Ferrari

SolarSolar neutrino neutrino experimentsexperiments::whatwhat nextnext??

N. Ferrari XV IFAE

8B neutrinos :

7Be neutrinos :

pp neutrinos :

CNO neutrinos :

Real time detection of 7Be ν via ES (Borexino / Kamland) detectors ready

Real time detection of 7Be ν via CC (LENS, MOON) R&D

Detection via NC event by event SNO Phase II and Phase III Running

Long-term monitoring of pp ν flux by radiochemical experiments (GNO and SAGE)- Running

Real time detection via ES (Xmass, Genius, CLEAN, Heron) R&D - Prototypes

Radiochemical detection (Lithium project) R&D

Real time detection via ES (Xmass, Genius, CLEAN, Heron) R&D - Prototypes

Real time detection via CC (LENS, MOON) R&D

• We have learnt a lot on neutrinos. Their survival/transmutation probabilities in matter are now understood.

• Now that we know the fate of neutrinos, we can learn a lot from neutrinos.

• At present, ∆ΦΒ/ΦΒ = 6% and ∆Snuc/ Snuc= 13% (cons.) translate into∆T/T= 0.7 %

the main error being due to S17 and S34.

• If nuclear physics were perfect (∆Snuc/Snuc =0) already now we could have:

∆T/T= 0.3 %

• When ∆ΦΒ/ΦΒ =3% one can hope to reach (for ∆Snuc/Snuc =0):

∆T/T= 0.15 %

F.VillanteThe Sun as a laboratory for astrophysics (and The Sun as a laboratory for astrophysics (and fundamental physics)fundamental physics)

D.Nicolo'

(syst) 0.041 (stat) 0.0850.611NN

exp

obs ±±=

Futuro delle oscillazioni agli acceleratoriTest dei flavours coinvolti nelle oscillazioni e delle predizioni peculiari delle oscillazioni(comparsa di nuovi flavour e/o osservazione del pattern sinusoidale)

MiniBoone ⇒ conferma/falsificazione di LSND (neutrini sterili?)

ICARUS+OPERA ⇒ prima evidenza diretta di comparsa di nuovi flavour

MINOS ⇒ pattern sinusoidale + flavour coinvolti nelle osc. alle scale dei solari(NC/CC)

Possiamo fare della fisica di precisione (a la CKM) anche nelsettore leptonico? Determinazione dei 3 angoli e delle (3!) fasi,

violazione di CP, test di unitarieta' etc.

P. Migliozzi Il programma di fisica del CNGS M. Bonesini Futuri progetti agli acceleratori

P.Migliozzi

0.6750.419.810.3With possible improvements

1.0643.817.29.0Final Design

CNGSx1.5 *)

Backsignal

(∆m2 = 4.0 x 10-3 eV2)

signal

(∆m2 = 2.5 x 10-3 eV2)

signal

(∆m2 = 1.8 x 10-3 eV2)

ICARUS

… also competitive to search for νeappearance

Lim

its a

t 90%

C.L

. on

s in2 2

θ 13

and

θ 13

(∆m

2 23=2

.5x1

0-3eV

2 ; s i

n2 θ23

=1)

< 4.5º< 0.025CNGS 5 yr

< 2.5º< 0.006JHF 5 yr

< 7.1º< 0.05OPERA 5 yr

< 5.8º< 0.03ICARUS 5 yr

< 7.1º< 0.06MINOS 2 yr

< 11º< 0.14CHOOZ

θ13sin2 2θ13Experiment

M.Bonesini

Next Generation GoalsPrecision measurement of dominant oscillation νµ→ντ channelDetermine sign of ∆m23

2

Sensitivity to sub-dominant νµ↔νe channel at 1‰ levelSensitivity to δCP

SuperbeamsNu FactoryBeta beams…

T.Tabarelli

Strumia, Neutrino Telescopes, Venice, 2003

Misure non oscillatorie della massa

Endpoint del trizio Neutrinoless double β decay

mν < 2.2 eV (95% C.L.) mν < 0.33 eV (95% C.L.)(massa di Majorana)

Σimi < 0.45 eV (WMAP+SDSS)

Σimi < 0.12 eV (PLANCK+SDSS)

m(ve) < 0.35 eV (KATRIN)G.Mangano

Misure cosmologiche della scala di massa

Hannestad

astro-ph/0303076

0.40.3eff 2.6N +

−=

γγ ρ

+=ρ+ρ+ρ=ρ v

3/4

xvR N114

871

Numero effettivo di neutrini G.Mangano

T.Montaruli

Cosmic ν’s can provide an answerto the debated question:Which are the sources of the HE cosmic rays (E> 1014 eV) ?

ν interaction cross-section very low ⇒

huge detectors (km3) not feasible

underground!

Markov/ Greisen idea (1960)

ν + N → µ + X3d PMT array reconstructs µ tracks and

cascades. Also νe and ντ can be detected

(better energy resolution but worse

angular resolution)

ν

La La rivelazionerivelazione di di neutrinineutrini astrofisiciastrofisici

L’origine quantomeccanica delle oscillazioni

Un fenomeno di natura quantistica ricco di implicazioni sottili: decoherence, descrizione a pacchetti, descrizione in QFT (talk di C.Giunti)

M. Frigerio

Una finestraprivilegiata per la fisicaalle alte scale di cui lo SM e' teoria efficace(talk di M.Frigerio)

ConclusioniGli ultimi 5 anni sono stati forse la “”golden age” della fisica dei neutrinimassivi. Come saranno i prossimi?

Aspettiamo nuovi, importanti risultati sperimentali in tempo relativamentebreve: MiniBoone, MINOS+CNGS, Borexino, Neutrino Telescopes...

Comincia l'epoca della fisica di precisione

Per la prima volta le misure dirette hanno obiettivi ben definiti daperseguire (masse dell'ordine del 10-2 eV). La prossima generazione di esperimenti, probabilmente, NON bastera'.

Informazioni completamente nuove come per esempio WMAP

Nuove strade per risolvere il problema dell'originedelle masse e dei mixing