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文檔簡介
粒子物理規(guī)劃及
未來的中微子實驗Particlephysics:problemsandmethodsStandardModel:HiggsHighenergyacceleratorsBeyondStandardModel?SUSY,Extra-dimensions.Compositeness,…Neutrinoproperties:mass,oscillation,magneticmoment?Majorana?Cosmologyrelatedproblems:antimatter(CP)?Darkmatter?Relic-neutrinos,Monopoles?Axions?…DetailsofSM(EW&QCD):precisiontest,Confinement,Glueballs?spectroscopyofparticles…HighintensityacceleratorsUndergroundexperimentsSurfaceexperimentsSpaceexperimentsHighenergyacceleratorsHighintensityacceleratorsUndergroundexperimentsSurfaceexperimentsSpaceexperimentsTevetran:D0CDFLHCATLASCMSILCFlavorphys.:BELLE(II)-bDAFNE–sLHCbPANDA…
Highden.phys:ALICEJ-PARC…nosc..:T2KMinosProject-Xnosc.:SuperKKamLAND…bbdecay:
EXOCuoreGerda…Darkmatter:
XmassXenonCOUPP…AstronomyMonopoleProtondecay…Cosmic-raysHESSMAGICAUGERCTAmass
Katrinnmag.Mom.
TEXONOGrav.WaveRelicnAxions,…Anti-matter/darkmatter:PAMELAFERMIAMS…ATICAsrtophysics:IntegralHubbleWMAPPlanck…Participate:ATLAS,CMSFlavorphys.:BESIII-cnosc.:DayaBayCosmic-raysYang-Ba-JinAsrtophysics:HXMTExperimentsintheworldandathome高能物理未來發(fā)展的基本思路Highenergyaccelerators積極參加國際合作Highintensityaccelerators充分利用BESIII,取得國際一流的成果尋機建造下一代加速器Undergroundexperiments充分利用大亞灣,取得國際一流的成果準備建造下一代中微子實驗尋機建造新的實驗:暗物質(zhì)、bbdecay、質(zhì)子衰變、。。。Surfaceexperiments充分利用ASg&ARGO,取得國際一流的成果積極準備建設LHAASOSpace
experiments盡快完成HXMT,取得國際一流的成果尋機建造新的實驗:宇宙線、天體物理、暗物質(zhì)、。。。時間安排十二五前期建設的豐收期
取得重大國際影響的成果基礎(chǔ)能力建設
達到國際先進水平未來項目的準備與預研
具有國際競爭力十三五:重要的建設項目下一代中微子實驗:大亞灣二期地下實驗:暗物質(zhì)、bbdecay、質(zhì)子衰變、。。。空間實驗:宇宙線、天體物理、暗物質(zhì)、。。。十四五:重大建設項目下一代加速器5每個新項目必須回答以下問題:1)為什么(與其它可能的項目比較:科學目標、經(jīng)費。。。)2)怎么做(概念設計、國際競爭力、科學意義、經(jīng)費、技術(shù)、進度、風
險。。。)3)R&D(問題、技術(shù)、方案、計劃。。。)Neutrinooscillations:
Whatweknowandwhatwedon’tknowAmixingmatrix:AtmosphericSolar
Majoranaphase
CPphase&q13Unknownsinneutrinooscillation:
q13,masshierarchy,CPphased
+Majoranaphase下一代中微子實驗:大亞灣二期中微子振蕩:中微子研究的中心中微子振蕩三個未解決的問題:尋找第三種振蕩,用q13表示
大亞灣中微子實驗質(zhì)量順序問題
大亞灣中微子實驗二期CP對稱破缺角
未來的加速器實驗
n1n2n3q12太陽中微子振蕩q23大氣中微子振蕩q13?mi?為什么反應堆中微子:1)加速器中微子實驗:造價昂貴(探測器+加速器)2)雙β實驗:造價昂貴,技術(shù)困難,風險巨大3)中微子絕對質(zhì)量測量:造價昂貴,技術(shù)困難4)反應堆中微子實驗:意義重大、風險小、條件優(yōu)越、造價低、技術(shù)可行測量磁矩:可能的未來,科學風險大精確測量混合參數(shù):大亞灣、大亞灣二期Bestneutrinosource:reactorApowerfulman-madesourceIfnottoofar,morepowerfulthansolar,atmospheric,andacceleratorneutrinosAwellunderstoodsource(~2%
~0.1%)Betterthansolar(~5-10%),atmospheric(~10%),andaccelerator(~5-10%2-3%??)neutrinosAdjustablebaselineOfcourse,acceleratorcandoitalsoAfreeneutrinofactoryNeutrinoMasshierarchyMassHierarchy:FundamentaltotheStandardModelFundamentaltomodelsbeyondSMMostGUTspredictanormalmasshierarchyadiscriminatorofdifferentGUTsand/orneutrinomassmodelsFundamentaltomanyissues:Matter-antimatterasymmetryvialeptogenesisinspecificseesawmodels:hierarchyrelatedSupernovaneutrinos:collectiveflavortransitionsduetoinvertedmasshierarchyRadiativecorrectionstomnandqijaremoresensitivetotheinvertedhierarchyButevenmoreimportant…DiracorMajorana?Neutrinooscillation:beyondSMinawayofDiracorMajoranamode?
bbexp.maynevergivepositiveresultsIfmasshierarchyisknown,togetherwithnextgenerationbbexp.,theneutrinoDiracorMajorananaturecanbedetermined.nextgen.bbexp.MeasuringmasshierarchyLongbaselineacceleratorneutrinosThroughMattereffectsExpensive,project-X/LBNEinFermilab/BNLAtmosphericneutrinosVeryweaksignalHugedetector,ExpensiveReactorneutrinosMethod:distortionofenergyspectrumEnhancesignature:TransformreactorneutrinoL/EspectrumtofrequencyregimeusingFourierformalismneedSin2(2q13)>0.02NeedtoknowDM223S.T.Petcovetal.,PLB533(2002)94S.Choubeyetal.,PRD68(2003)113006J.Learned,PRD78(2008)07130212FouriertransformationofL/EspectrumFrequencyregimeisinfacttheDM2regimeenhancethevisiblefeaturesinDM2regimeTakeDM2
32asreferenceNH:DM2
31>DM2
32,DM2
31peakattherightofDM2
32
IH:DM2
31<DM2
32,DM2
31peakattheleftofDM2
32
L/EspectrumOureffortsCleardistinctivefeatures:FCT:NH:peakbeforevalleyIH:valleybeforepeakFST:NH:prominentpeakIH:prominentvalleyBetterthanpowerspectrumNopre-conditionofDm22313L.Zhanetal.,PRD78:111103,2008QuantifyFeaturesofFCTandFSTToquantifythesymmetrybreaking,wedefine:RV/LV:amplitudeoftheright/leftvalleyinFCTP/V:amplitudeofthepeak/valleyinFSTForasymmetricPeeNH:RL>0andPV>0IH:RL<0andPV<02008-07-1714L.Zhanetal.,PRD78:111103,2008Baseline:46-72kmSin2(2q13):0.005-0.05OthersfromglobalfitTwoclustersofRLandPVvaluesshowthesensitivityofmasshierarchydeterminationInrealityL.Zhan,et.al.,Phys.Rev.D79:073007,2009Unfortunately,DM221/DM223~3%RequirementTo
determinemasshierarchyat>90%CL:Baseline:~58km,determinedbyq12Reactorpower>24GWthFluxanddetectorsize:~(250-700)ktyearIdeally,sin22q13>0.02&energyresolution<2%IFsin22q13=0.01,energyresolution<2%&700ktyearForsin22q13=0.02,energyresolution<3%&700ktyearOverburden>1000MWE~60kmfromDayaBayAhugenedetectorwithmass>20ktcurrentlythelargestonis1kt(KamLAND&LVD)
Scientificgoal:al0-50ktundergroundLSdetector60kmfromreactorNeutrinoMasshierarchyPrecisionmixingpara.measurement:q12,DM212,DM231
UnitarityofthemixingmatrixSupernovaneutrinos
==〉better
than
SuperKGeo-neutrinos
==〉10better
than
KamLANDAtmosphericneutrinos
==〉
SuperKSolarneutrinos?HighenergyneutrinosPointsource:GRB,AGN,BH,…DiffusedneutrinosHighenergycosmic-muonsPointsource:GRB,AGN,BH,…DarkmatterExoticsSterileneutrinosMonopoles,Fractional
charged
particles,
….LVD+MACRO+KamLAND+SuperKPrecisionmeasurementofmixingparameter
FundamentaltotheStandardModelandbeyondSimilaritiespointtoaGrandunificationofleptonsandquarksConstrainallPMNSmatrixelementsto<1%!ProbingUnitarityofUPMNSto<1%level!Ifwecanspend(0.1-0.5)B$foreachB/C/superBfactoriestounderstandUCKM(~1-2elementsforeachfactory),whynotasuper-reactorneutrinoexperiment(~3elements)tounderstandUPMNS?CurrentBESIII
Vub25%5%Vcd7%1%Vcs16%1%Vcb5%3%Vtd36%5%Vts39%5%CurrentDayaBayII
Dm2125%<1%
Dm22312%<1%sin2q1210%<1%Sin2q2320%-sin2q13
-SupernovaneutrinosLessthan20eventsobservedsofar(2001Nobleprize)Assumptions:Distance:10kpc(ourGalaxycenter)Energy:31053ergLnthesameforalltypesTem.&energyManytypesofevents:ne+pn+e+,~3000correlatedeventsne
+12C
13B*+e+,~10-100correlatedeventsne+12C
11N*+e-,~10-100correlatedeventsnx
+12C
nx+12C*,
~600correlatedeventsnx+p
nx+p,singleeventsne+e-
ne+e-,singleeventsnx+e-
nx+e-,singleeventsT(ne)=3.5MeV,<E(ne)>=11MeVT(ne)=5MeV,<E(ne)>=16MeVT(nx)=8MeV,<E(nx)>=25MeVSuperKcannotseethesecorrelatedeventsWhattodowithSupernovaneutrinosEnergyspectra&fluxesofalltypesofneutrinostem.andaverageenergyofneutrinosUnderstandSupernovaeneutrinoproperties:mass,mixing,…EarthtomographyNeutrinomodels…ArrivaltimeofalltypesofneutrinosabsoluteneutrinomassGeo-neutrinos238U,232Thand40Kdecaysaccountfor40%ofearth’spower,whichisrelatedtoearthquakes,volcanoes,geomagnetism,platetectonics,…Theyaremainlyfrommantleandcrust,butnotthecoreSouth-chinaandJapanaredifferentGeo-neutrinoscantell238U:232Th
goodforgeo-modelsOnlywaylookinginsidetheearth?AlreadyseenbyKamLANDGeo-neutrinosatDayaBayIIAfactorof>10largerthanKamLAND3yearsKamLAND探測器的概念設計Neutrinotarget:~20ktLS,LABbased30m(D)30m(H)Oilbuffer:6ktWaterbuffer:10ktPMT:1500020”Cost:~1.5BRMB可能的地點:惠州或海上據(jù)大亞灣/海豐60公里熱功率>40
GWTechnicalchallengesRequirements:Largedetector:>10ktLSEnergyresolution:2%/E2500p.e./MeVOngoingR&D:Lowcost,highQE“PMT”An
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