Searching for sub eV-scale Neutrino masses using supernova neutrinos.

Nardi, Enrico

Publication:
Searching for sub eV-scale Neutrino masses using supernova neutrinos.

dc.contributor.author	Nardi, Enrico
dc.contributor.corporatename	Universidad de Antioquia (Medellín, Colombia)	spa
dc.contributor.researchgroup	Fenomenología de las interacciones fundamentales
dc.coverage.projectdates	2003-2006	spa
dc.date.accessioned	2020-03-10T00:16:54Z
dc.date.accessioned	2020-12-17T22:12:38Z
dc.date.available	2020-03-10T00:16:54Z
dc.date.available	2020-12-17T22:12:38Z
dc.date.issued	2006
dc.description.abstract	Experimentos en oscilaciones de neutrinos han establecido sobre bases solidas la existencia de masas no nulas para estas partículas [1,2,3]. Sin embargo, este tipo de experimento pueden medir solamente las diferencias entre los valores elevados al cuadrado de las diferentes masas neutrínicas, dejando como una pregunta abierta cuáles son sus masas absolutas. Por esta razón, un asunto de importancia central en la física de partículas actual es el de encontrar métodos experimentales capaces de explorar las masas de neutrinos en el rango de alrededor o menos de 1 eV, con la esperanza de medir los valores de dichas masas, o al menos de mejorar los límites existentes. Este objetivo es perseguido por medio de un importante numero de aproximaciones diferentes [4], que van desde experimentos de laboratorio extremadamente sensibles [5] hasta técnicas completamente diferentes que hacen uso de combinaciones de datos cosmológicos de diferentes fuentes [6]. En este trabajo queremos proponer un método que se basa en la búsqueda del posible retraso en el tiempo de vuelo de neutrinos emitidos por supernovas (SN) desde su punto de emisión (el núcleo colapsado de una estrella masiva) hasta la Tierra. La aproximación mas utilizada para determinar la masa de neutrinos con este método se basa en la identificación de `marcadores' temporales en el fenómeno de la explosión (por ejemplo el retraso con respecto a la llegada de ondas gravitacionales producidas en el colapso [7], una dispersión anómala del abrupto aumento del flujo de neutrinos predicha generalmente por modelos de supernovas [8], la interrupción abrupta de la señal de neutrinos debido a la formación de un agujero negro [9], etc... ). En todos estos métodos el tiempo de llegada de un número limitado de neutrinos cerca al `marcador' temporal es usado. Típicamente, la sensibilidad de estos métodos se mantiene arriba de mn~1 eV. Cabe anotar, sin embargo, que con los detectores en operación en el presente, la señal de neutrinos desde una supernova galáctica contendría una estadística muy grande, hasta algunos miles de eventos, y en principio cada uno de los neutrinos detectados lleva una piez aútil de información. Nuestro propósito es desarrollar una aproximación nueva al problema, en la cual la estadística completa de la señal es utilizada. Abajo ofrecemos una descripción corta de la técnica sugerida por nosotros. Dejando a un lado la posible información relacionada con la dirección de llegada, cada evento asociado a un neutrino puede ser etiquetado por su tiempo de llegada ti y por su energía medida Ei. En cada instante, la características globales del espectro de energía de los neutrinos pueden ser descritas por medio de una distribución de Fermi-Dirac (FD) F_FD[E;T(t),eta(t),...] donde T(t) es la temperatura espectral que varía con el tiempo, y los efectos de distorsiones no térmica, que se espera estén presentes, pueden ser tenidos en cuenta por medio de parámetros adicionales. Aquí nosotros solo consideraremos el llamado 'pinching factor' eta(t) que entra en la distribución de FD de manera análoga a como lo hace un potencial químico. El flujo de neutrinos F(t) es también una función del tiempo. Aunque la dependencia precisa de este flujo es desconocida se espera que un rápido aumento exponencial, con una escala de tiempo de unas decenas de milisegundos, sea seguido por una caída con una ley de potencia y una escala de tiempo de algunos segundos. Por supuesto si el flujo de neutrinos y el espectro en la fuente fueran conocidos en forma precisa, una comparación con la señal medida en el detector podría revelar con una sensibilidad muy alta las posibles distorsiones inducidas por la masa debidas al retraso en el tiempo de llegada de los neutrinos de mas baja energía. Para una estadística de ~ 8,000 neutrinos, una distancia a la SN L~10 Kpc hemos verificado que esta sensibilidad esta bien por debajo de 1 eV.	spa
dc.format.extent	[150] páginas.	spa
dc.identifier.instname	Colciencias	spa
dc.identifier.reponame	Repositorio Colciencias	spa
dc.identifier.repourl	http://colciencias.metabiblioteca.com.co	spa
dc.identifier.uri	https://colciencias.metadirectorio.org/handle/11146/38028
dc.language.iso	spa	spa
dc.relation.ispartofseries	Informe;
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess	spa
dc.rights.accessrights	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2	spa
dc.rights.creativecommons	https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/	spa
dc.subject.proposal	Neutrinos	spa
dc.subject.proposal	Neutrino Masses	spa
dc.subject.proposal	Supernova	spa
dc.title	Searching for sub eV-scale Neutrino masses using supernova neutrinos.	spa
dc.type	Informe de investigación	spa
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_18ws	spa
dc.type.content	Text	spa
dc.type.driver	info:eu-repo/semantics/report	spa
dc.type.redcol	https://purl.org/redcol/resource_type/PID	spa
dc.type.version	info:eu-repo/semantics/submittedVersion	spa
dc.type.version	http://purl.org/coar/version/c_71e4c1898caa6e32	spa
dc.type.version	info:eu-repo/semantics/submittedVersion	spa
dcterms.audience	Estudiantes, Profesores, Comunidad científica colombiana, etc.	spa
dspace.entity.type	Publication
oaire.awardnumber	11150513809	spa
oaire.funderidentifier.colciencias	170-2003
oaire.fundername	Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación [CO] Colciencias	spa
oaire.fundingstream	Programa Nacional en Ciencias Básicas	spa
oaire.objetives	Our main goal is to define a reliable statistical procedure that can allow to extract the maximum of the information on the neutrino masses from a high statistic SN neutrino signal, as will be measured by presently operating detectors. Mainly we have in mind the Superkamiokande detector; however, the Sudbury Neutrino Observatory (SNO), the Large Volume Detector (LVD), the KamLAND detector, and others will also record several hundreds of neutrino events, and their sensitivity will be analyzed in a second stage of this research project. More specifically, our goal is to show that a mass of 1 eV (and possibly slightly below this value) is in the reach of the method. Our preliminary results suggest that such a sensitivity might be achievable. Of course, we also want to understand how different variables, as for example the statistics (very large at Superkamiokande, much lower at other detectors) or the energy threshold for the neutrino detection (~ 10 MeV at Superkamiokande, ~ 2.6 MeV at KamLAND, etc...) and the SN distance can affect the sensitivity of the method. In a second time, we plan to study to what extent taking into account neutrino oscillations will affect the results obtained in the (unrealistic) non-oscillation case. This point will represent a non trivial development in our researches, since modeling a SN signal characterized by a two component energy spectrum, as it can result in the presence of oscillations, will surely complicate the analysis. Last but not least, we plan to train two Doctorate students in the topics related to the project: Jorge I. Zuluaga that developed his M. Sc. thesis studying the physics of Supernovae and the SN emission of neutrinos, and Diego Aristizabal, that is just started his Doctorate studies in the first semester 2003. This research will constitute the basis for J. Zuluaga Doctorate thesis. Other two graduate students, Guillermo L. Miranda and Juan J. Quiros, that are both at the beginning of their M.Sc. studies, will also be involved in the project. We believe that this research area is very well suited to provide graduate students with an advanced knowledge in a wide spectrum of actual topics, like fundamental theoretical physics, elementary particle physics and astrophysics.	spa