Studium parametrů oscilací neutrin v experimentu NOvA

Abstract

Diplomová práce se zabývá fenoménem oscilací neutrin a významem experimentů s tzv. dlouhou oscilační dráhou (zejména experimentu NOνA) při měření oscilačních parametrů. Práce vychází ze standartního 3 neutrinového formalismu a seznámí čtenáře s experimentem NOvA a jeho základními fyzikálními cíli (měření směšovacích úhlů θ13 a θ23, CP narušení, hodnota CP fáze δ a rozlišení hmotové hierarchie). Vysvětlen je vliv přítomnosti látkového prostředí na neutrinové oscilace a efektivní změna původních vakuových parametrů na nové, tzv. hmotové parametry. Práce objasňuje, jak lze využít těchto efektů hmoty v experimentech s dlouhou oscilační dráhou k určení hierarchie neutrinových hmot, a diskutuje vliv neurčitostí současných odhadů oscilačních parametrů na řešení této otázky, jinak běžně označovány také jako δ-, θ13- a θ23-degenerace. Poslední část práce je věnována simulaci experimentu NOνA pomocí softwaru GLoBES a výpočtu jeho citlivosti na určení hmotové hierarchie pro dvě experimentální, časově odlišné konfigurace: s tříletým během pouze v neutrinovém módu versus 1.5 roku v neutrinovém + 1.5 v antineutrinovém módu. Motivací je ukázat důležité výhody dřívějšího antineutrinového běhu oproti původně plánovanému tříletému neutrinovému zaměřujíce se přitom na problém hierarchie hmot.

This thesis aims at the neutrino oscillations phenomena and the role of longbaseline neutrino oscillation experiments and NOνA in particular in oscillation parameters search. The standard formalism of 3 neutrinos model is described, NOνA experiment and its main features and physics goals (mixing angles θ13 and θ23, CP violation, the value of the CP phase δ and mass hierarchy determination) are introduced. The effects of media to neutrino propagation are explained and effective matter oscillation parameters are derived. The way to resolve the mass hierarchy exploiting matter effects in long-baseline neutrino oscillation experiments is depicted and consequent problems regarding the recent knowledge of oscillation parameters, i.e. δ-, θ13- and θ23-degeneracies, are discussed. In the last part GLoBES software is used to simulate NOνA results and to compute the estimated sensitivities to the mass hierarchy in case of 3 years ν run and 1.5ν+1.5ν years run in order to show the advantage of an earlier switch to antineutrino mode in mass hierarchy determination.