Neutrino Oscillations in the Hyper-Kamiokande Experiment

Abstract

This thesis explores neutrino oscillations, a phenomenon of neutrino flavor transitions, with a specific focus on the upcoming Hyper-Kamiokande experiment and its neutrino beam. An important open question is whether these oscillations violate CP symmetry. Long-baseline experiments like Hyper-Kamiokande utilize intense neutrino beams and oscillation baselines of hundreds of kilometers to measure neutrino oscillation parameters and observe CP violation in the muon neutrino to electron and muon neutrino transi- tions. This work compares three distinct computational tools assessing their implemen- tation and computational efficiency in calculating neutrino flavor transition probabilities during propagation through matter for future experimental data analysis. Using the ex- perimental setup of the Hyper-Kamiokande, we calculated expected oscillated fluxes for both neutrino and antineutrino accelerator beams. Based on these results, the thesis demonstrates the physical principles of the CP-violating phase measurement at Hyper- Kamiokande.

Tato práce se zabývá oscilacemi neutrin, jevem spočívajícím v přechodech mezi jed- notlivými neutrinovými vůněmi, se zvláštním zaměřením na připravovaný experiment Hyper-Kamiokande a jeho neutrinový svazek. Zásadní otevřenou otázkou v tomto oboru zůstává, zda tyto oscilace narušují CP symetrii. Long-baseline experimenty, jako je právě Hyper-Kamiokande, využívají intenzivní neutrinové svazky a oscilační vzdálenosti v řádu stovek kilometrů k měření oscilačních parametrů a k pozorování narušení CP symetrie při přechodech mionových neutrin na elektronová a mionová. Tato práce porovnává tři různé výpočetní nástroje a hodnotí jejich implementaci a výpočetní efektivitu při určo- vání pravděpodobností přechodu neutrinových vůní během šíření hmotou, což je klíčové pro budoucí analýzu experimentálních dat. S využitím uspořádání experimentu Hyper- Kamiokande byly vypočteny očekávané oscilované toky pro neutrinový i antineutrinový urychlovačový svazek. Na základě těchto výsledků práce demonstruje fyzikální principy měření fáze narušující CP symetrii na tomto experimentu.