КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 19-12-00325

НазваниеПоиск СР нарушения в нейтринных осцилляциях, разработка и создание 3D сегментированного сцинтилляционного детектора нейтрино

Руководитель Куденко Юрий Григорьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-101 - Физика элементарных частиц

Ключевые слова нейтринная физика, осцилляции нейтрино, редкие распады каонов, СР нарушение, детекторы элементарных частиц

Код ГРНТИ29.05.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Основной целью проекта является поиск нового источника нарушения дискретной СР симметрии, а именно поиск СР нарушения в лептонном секторе (нейтринном секторе) Стандартной Модели. Нарушение СР симметрии означает, что осцилляции нейтрино отличаются от осцилляций антинейтрино, и, в случае обнаружения нового источника СР нарушения возникают новые возможности для объяснению одной из загадок природы - барионной асимметрии Вселенной. Актуальность этого проекта заключается в том, что результаты, которые будут получены, важны для понимания структуры Вселенной, природы массы нейтрино и для объяснения механизма смешивания нейтрино и его отличия от смешивания в кварковом секторе. Прецизионное измерение СР нечетной фазы, в случае обнаружения нарушения СР инвариантности, а также углов смешивания является ключом к разгадке неизвестной симметрии, которая лежит в основе смешивания нейтрино, кардинально отличающегося от смешивания кварков. Уникальной особенностью, позволяющей тестировать различные расширения Стандартной Модели, является то, что в ряде моделей, предлагающих новые симметрии, существуют корреляции между СР нечетной фазой \delta и элементами матрицы смешивания нейтрино. Поскольку все три угла смешивания в нейтринном секторе отличны о нуля, то следующим шагом является определение величины СР нечетной фазы. Фундаментальная проблема поиска СР нечетных эффектов в нейтринных осцилляциях и измерение СР нечетной Дираковской фазы \delta является первоочередной задачей, стоящей перед текущими осцилляционными нейтринными экспериментами, и стоит во главе угла разрабатываемых нейтринных экспериментов с длинной базой нового поколения. Первое указание на СР нарушение в лептонном секторе было получено в эксперименте с длинной базой Т2К из сопоставления данных о величине угла \theta_3, полученной в этом эксперименте, и \theta_13 из реакторных экспериментов, которые точно измеряют этот угол. Т2К обнаружил, что наиболее вероятным значением является \delta = -\pi/2 для обеих возможных иерархий масс нейтрино. Этот неожиданный результат соответствует максимальному СР нарушению в нейтринных осцилляциях. Гипотеза СР сохранения (\delta = 0 или \pi) была исключена на уровне 90% CL. Затем была набрана статистика, которая позволила исключить СР сохранение на уровне 2\sigma. Этот результат был подтвержден в ускорительном эксперименте NOvA. После дальнейшего набора статистики NOvA не смог определить предпочтительное значение \delta. Таким образом, если действительно СР нарушается максимально, открывается уникальная возможность обнаружения СР нарушения в эксперименте Т2К на уровне 3\sigma, а при продолжении набора статистики (вторая фаза эксперимента) возможно достичь чувствительности 4\sigma. В данном проекте будет разработан и создан новый 3D сегментированный сцинтилляционный ближний детектор нейтрино для повышения чувствительности эксперимента Т2К к прямому поиск СР нарушения. Дальнейшее повышение точности измерения вероятностей осцилляций P(\nu_mu --> \nu_e) и P(анти-\nu_mu --> анти-\nu_е) позволит улучшить чувствительность к прямому СР нарушению и существенно уменьшить интервал возможных значений фазы \delta. Ожидается увеличение статистики нейтринных процессов в 2.5-3 раза в ближайшие 3 года. Определяющим фактором для повышения чувствительности эксперимента Т2К, его второй фазы Т2К-II, (а также для экспериментов Т2НК и DUNE) к СР нарушению является уровень систематических погрешностей. Уже в эксперименте Т2К требуется снижение систематических ошибок до уровня 3-4% от достигнутых 5-7%, а в ближайшей перспективе до 2-3%. Для этого необходимо получение новых прецизионных данных о сечениях взаимодействия с ядрами мюонных и электронных нейтрино и антинейтрино и определение относительных сечений \nu_e/nu_mu с точностью около 2%, необходимо измерение полной кинематики взаимодействия нейтрино в ближнем детекторе, необходимо максимально восстанавливать топологию нейтринных событий, регистрируя с низким порогом, хорошим временным разрешением и высокой эффективностью в телесном угле 4\pi все вторичные частицы от нейтринных взаимодействий. Для решения этих задач в рамках проекта планируется разработка и создание принципиально нового высоко-сегментированного 3D сцинтилляционного детектор нейтрино. Детектор массой около 2-х тонн будет состоять из 2-х миллионов сцинтилляционных сегментов (сцинтилляционных кубиков объемом 1 см3 с тремя отверстиями для спектросмещающих волокон) и иметь около 60000 сигнальных каналов. Тесты с прототипами такого детектора показали, что этот детектор будет иметь все необходимые параметры для успешного решения задачи по уменьшению систематических погрешностей. Этот сцинтилляционный 3D детектор является основным элементом нового модернизированного ближнего детектора Т2К, его создание одобрено коллаборацией Т2К. Успех этого проекта позволит рассчитывать на достижение чувствительности к СР нарушению на уровне выше 2.5\sigma в эксперименте Т2К в ближайшие 3 года. Научная новизна данного проекта сформулирована в его главной цели: поиске фундаментального явления - нарушении СР симметрии в лептонном секторе. Обнаружение нового источника СР нарушения относится к прорывному результату, который может явиться фундаментом для разработки принципиально новых моделей для объяснения физических явлений за рамками Стандартной Модели, новым направлением для объяснения барионной асимметрии Вселенной. Предложенный 3D сегментированный детектор нейтрино является принципиально новой разработкой для ускорительных осцилляционных экспериментов с длинной базой.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---