Luận án Kiểm chứng bất biến CP và CPT bằng các phép đo dao động neutrino tại thí nghiệm T2K

Tên luận án:

TESTING CP AND CPT INVARIANCES WITH NEUTRINO OSCILLATION MEASUREMENTS IN T2K EXPERIMENT

Ngành:

Vật lý

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc kiểm tra tính bất biến CP và CPT thông qua các phép đo dao động neutrino, chủ yếu sử dụng dữ liệu từ thí nghiệm T2K và khám phá tiềm năng tổng hợp với các thí nghiệm T2K-II, NOvA-II và JUNO. Các đối xứng rời rạc (C, P, T) đóng vai trò quan trọng trong vật lý hạt, với việc bảo toàn hay vi phạm của chúng có thể hé lộ những bí ẩn của vũ trụ, bao gồm sự bất đối xứng vật chất - phản vật chất.

Luận án được cấu trúc thành ba chương chính. Chương 1 cung cấp tổng quan về hiện tượng dao động neutrino và các thí nghiệm liên quan, bao gồm T2K (Nhật Bản), NOvA (Hoa Kỳ) và JUNO (Trung Quốc). Chương này trình bày chi tiết lịch sử neutrino, vai trò của nó trong Mô hình Chuẩn, cơ chế khối lượng và seesaw, cũng như dao động neutrino trong chân không và trong vật chất. Chương 2 tập trung vào các phép đo tại INGRID, detector gần trên trục của T2K, trình bày các kết quả cơ bản về dự đoán thông lượng neutrino, đo lường tốc độ sự kiện và đo lường cấu hình chùm tia, cho thấy sự phù hợp tốt giữa mô phỏng Monte Carlo và dữ liệu T2K chạy lần 10.

Chương 3 đi sâu vào việc kiểm tra tính bất biến CP và CPT. Đối với vi phạm CP, dữ liệu T2K hiện tại (3.13 × 10²¹ POT) loại trừ giả thuyết bảo toàn CP với độ tin cậy hơn 95%, pha vi phạm CP δCP được đo là -2.14±0.90 trong trường hợp thứ tự khối lượng chuẩn và -1.26±0.69 trong trường hợp thứ tự khối lượng đảo ngược. Một phân tích kết hợp với các thí nghiệm T2K-II, NOvA-II và JUNO có thể loại trừ bảo toàn CP ở mức khoảng 5σ C.L. Về tính bất biến CPT, dữ liệu T2K hiện tại không cho thấy dấu hiệu vi phạm. Tuy nhiên, sự phối hợp của T2K-II, NOvA-II và JUNO được dự kiến sẽ cải thiện đáng kể độ nhạy và giới hạn đối với vi phạm CPT, có khả năng loại trừ đối xứng CPT ở mức 1.7σ (4σ) và 3σ (4.6σ) C.L., và thiết lập giới hạn tốt nhất thế giới cho |δ(Δm²₃₁)| ở mức 5.3 × 10⁻⁵ eV² tại 3σ C.L. Độ nhạy đối với vi phạm CPT về cơ bản không phụ thuộc vào giá trị thực của Δm²₃₁ và Δm²₃₁ mà phụ thuộc vào giá trị thực của θ₂₃ và θ₂₃ cũng như sự khác biệt của chúng.

Mục lục chi tiết:

• Introduction

• Chapter 1. Neutrino oscillation phenomenon and experiments

  • 1.1 Neutrino oscillation

    • 1.1.1 Neutrino history
    • 1.1.2 Neutrino in Standard Model
    • 1.1.3 Neutrino mass and seesaw mechanism
    • 1.1.4 Neutrino oscillation in vacuum
    • 1.1.5 Neutrino oscillation in matter

  • 1.2 Introduction to some neutrino oscillation experiments

    • 1.2.1 The T2K experiment
    • 1.2.2 The NOvA experiment
    • 1.2.3 The JUNO experiment

• Chapter 2. Measurements at INGRID - the T2K on-axis near detector

  • 2.1 Neutrino flux prediction

  • 2.2 Event rate measurement

    • 2.2.1 Simulation of neutrino interactions with NEUT
    • 2.2.2 Event selection
    • 2.2.3 Systematic uncertainties
    • 2.2.4 The event rate at INGRID

  • 2.3 Beam profile measurement

  • 2.4 Conclusion

• Chapter 3. Testing CP and CPT invariances with neutrino oscillation measurements in T2K experiment

  • 3.1 C, P, and T symmetries

    • 3.1.1 Charge conjugation C
    • 3.1.2 Parity inversion P
    • 3.1.3 Time reversal T

  • 3.2 Testing CP invariance with neutrino oscillation experiments

    • 3.2.1 Testing CP invariance in neutrino oscillation
    • 3.2.2 Testing CP invariance with T2K experiment
    • 3.2.3 Testing CP invariance with joint fit of T2K-II, NOvA-II, and JUNO

  • 3.3 Testing CPT invariance with neutrino oscillation experiments

    • 3.3.1 Testing CPT invariance in neutrino oscillation
    • 3.3.2 GLOBES setup for simulating T2K-II, NOvA-II, and JUNO experiments
    • 3.3.3 Testing CPT invariance with T2K experiment
    • 3.3.4 Testing CPT invariance with joint fit of T2K-II, NOvA-II, and JUNO

• Conclusions