粒子物理规划及未来的中微子实验学习教案

1、粒子物理粒子物理(wl)规划及未来的中微子实验规划及未来的中微子实验第一页，共29页。Standard Model: HiggsHigh energy acceleratorsBeyond Standard Model ? SUSY, Extra-dimensions.Compositeness, Neutrino properties: mass, oscillation, magnetic moment ? Majorana ?Cosmology related problems: antimatter(CP) ?Dark matter ?Relic-neutrinos,Monopoles

2、 ? Axions ? Details of SM (EW & QCD) : precision test, Confinement, Glueballs ? spectroscopy of particlesHigh intensity acceleratorsUnderground experimentsSurface experimentsSpaceexperiments第1页/共29页第二页，共29页。High energy acceleratorsHigh intensity acceleratorsUnderground experimentsSurface experim

3、entsSpaceexperimentsTevetran:D0CDFLHCATLASCMSILCFlavor phys.:BELLE(II) - bDAFNE sLHCbPANDA High den. phys:ALICEJ-PARCn n osc.:T2KMinosProject-Xn n osc. : SuperK KamLANDbb bb decay: EXO Cuore GerdaDark matter: Xmass Xenon COUPPn AstronomyMonopoleProton decayCosmic-raysHESSMAGICAUGERCTAn mass Katrinn

4、n mag. Mom. TEXONOGrav. WaveRelic n nAxions, Anti-matter/ dark matter: PAMELAFERMIAMSATICAsrtophysics: IntegralHubbleWMAPPlanckParticipate:ATLAS, CMSFlavor phys.:BESIII - cn n osc. :Daya BayCosmic-rays Yang-Ba-JinAsrtophysics:HXMT第2页/共29页第三页，共29页。第3页/共29页第四页，共29页。每个新项目必须回答每个新项目必须回答(hud)以下问题：以下问题：1）为

5、什么（与其它可能的项目比较：科学目标、经费。）为什么（与其它可能的项目比较：科学目标、经费。）2）怎么做（概念设计、国际竞争力、科学意义、经费、技术、进度、风）怎么做（概念设计、国际竞争力、科学意义、经费、技术、进度、风 险。）险。）3）R&D（问题、技术、方案、计划。）（问题、技术、方案、计划。）第4页/共29页第五页，共29页。Atmospheric Solar Majorana phase CP phase & q q13Unknowns in neutrino oscillation: q q13 , mass hierarchy, CP phase d d + Maj

6、orana phase 第5页/共29页第六页，共29页。n n1n n2n n3q q12太阳中微子振荡太阳中微子振荡q q23大气中微子振荡大气中微子振荡q q13 ?mi ?为什么反应堆中微子：为什么反应堆中微子：1）加速器中微子实验：造价昂贵）加速器中微子实验：造价昂贵 （探测器（探测器+加速器）加速器） 2）双）双实验：造价昂贵，技术困难，风险巨大实验：造价昂贵，技术困难，风险巨大3）中微子绝对质量测量：造价昂贵，技术困难）中微子绝对质量测量：造价昂贵，技术困难4）反应堆中微子实验：意义重大、风险小、条件）反应堆中微子实验：意义重大、风险小、条件(tiojin)优越、造价低、技优越、

7、造价低、技术可行术可行测量磁矩：可能的未来，科学风险大测量磁矩：可能的未来，科学风险大精确测量混合参数：大亚湾、大亚湾二期精确测量混合参数：大亚湾、大亚湾二期第6页/共29页第七页，共29页。第7页/共29页第八页，共29页。But even more important 第8页/共29页第九页，共29页。next gen. bb bb exp.第9页/共29页第十页，共29页。S.T. Petcov et al., PLB533(2002)94S.Choubey et al., PRD68(2003)113006J. Learned, PRD 78(2008)071302 第10页/共29页

8、第十一页，共29页。12L/E spectrum第11页/共29页第十二页，共29页。13L. Zhan et al., PRD78:111103,2008第12页/共29页第十三页，共29页。2008-07-1714L. Zhan et al., PRD78:111103,2008Baseline: 46-72 kmSin2(2q q13): 0.005-0.05Others from global fitTwo clusters of RL and PV values show the sensitivity of mass hierarchy determination第13页/共29页

9、第十四页，共29页。L. Zhan, et. al., Phys.Rev.D79:073007,2009Unfortunately, D DM221 / D DM223 3% 第14页/共29页第十五页，共29页。 第15页/共29页第十六页，共29页。LVD+MACRO+KamLAND+SuperK第16页/共29页第十七页，共29页。If we can spend (0.1-0.5)B$ for each B/C/superB factories to understand UCKM ( 1-2 elements for each factory), why not a super-rea

10、ctor neutrino experiment( 3 elements) to understand UPMNS ? Current BESIII Vub25%5%Vcd7%1%Vcs16%1%Vcb5%3%Vtd36%5%Vts39%5%Current Daya Bay II D Dm2125% 1% D Dm22312% 1%sin2q q1210% 1%Sin2q q2320%-sin2q q13 -第17页/共29页第十八页，共29页。T(n ne) = 3.5 MeV, = 11 MeVT(n ne) = 5 MeV, = 16 MeVT(n nx) = 8 MeV, = 25 M

11、eV SuperK can not see these correlated events第18页/共29页第十九页，共29页。第19页/共29页第二十页，共29页。Already seen by KamLAND第20页/共29页第二十一页，共29页。3 years KamLAND第21页/共29页第二十二页，共29页。第22页/共29页第二十三页，共29页。据大亚湾据大亚湾/海丰海丰60公里公里(n l)热功率热功率 40 GW第23页/共29页第二十四页，共29页。R&D program: 3 yearsUseful for many future projectsSupport

12、already from IHEPNow: 1kt250 p.e./MeV第24页/共29页第二十五页，共29页。南京大学南京大学(nn jn d xu) 高能所高能所Linear- Alkyl- Benzene (C6H5 -R) 第25页/共29页第二十六页，共29页。1）采用透射式光电阴极与反射式光电阴极相结合 = 提高光阴极的有效面积 =提高量子(lingz)效率:2）采用微通道板作为电子倍增 = 不阻挡光电子 =提高收集效率新型光电倍增新型光电倍增(bi zn)管的设计管的设计:提高光量子效率提高光量子效率QE:Top: 20%Bottom:80%*(20-40)%Total:(36-52)%Collection eff.:60%Total:(22-31)%普通普通(ptng) PMT: 20%*0.6=12%Hammamatzu 的的 SBA/UBA 光阴极可以得到光阴极可以得到40% 光量子光量子效率效率; 已基本满足要求已基本满足要求第26页/共29页第二十七页，共29页。新型新型(x