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1 TKK の物理的可能性 an extension of the TK neutrino oscillation experiment with a far detector in Korea 岡村直利 ( 京大 基研 ) 関西セミナーハウス (007/03/7( 007/03/7) based on hep-ph/ [Phys.Lett.B637,66 (006)] hep-ph/ hep-ph/06058 with 萩原薫, 泉田賢一 (KEK, 総研大 )

2 TKK の注目度 005 年 月 8 日 9 日 KIAS( ( 韓国 ) 年 07 月 3 日 4 日 SNU( ( 韓国 ) 年夏 日本 (?) 実施されるかは不定 多くの人が興味を持っている /3

3 Short Review 目次 今日まで そして 残された課題 TKK J-PARC, SK, and Korea 最適地 質量階層性, CP phase, octant, まとめ 3/3

4 Short Review

5 Parameters (3gene.) Neutrino Physics 7/9 parameters neutrino masses m m m 3 flavor mixing angles θ θ 3 θ 3 CP phase δ Majorana phases φ φ Neutrino Oscillation 6 parameters squared-differences differences δm δm 3 ( m 3 -m ) flavor mixing angles θ θ 3 θ 3 CP phase δ Majorana phases nothing 5/3

6 現状 sin θ = 0.84 ± 0.07 δm = ( 8.3± 0.6) 0 ( o θ < 45 ) ( δm > 0) solar neutrino (SK,SNO), reactor (KamLAND) 物質効果の有効利用 sin θ = δm = (.5 ± 0.5) 0 ( o o θ = 45 ± 5 ) 3 3 atmospheric neutrino (SK), long-baseline (KK) 振動確率が偶関数 sin θ 3 < 0.6 ( 上限値だけ) δ reactor neutrino exp.(chooz) 将来的に測定されるだろう ( 絶対値だけ) 5 ev 3 3 ev MNS ( 未知量 ) full 00% half 50% non 0% 6/3

7 もしも inverted なら 量子補正が無視できない sin 3 GeV 0 Effective mass of 0νβ decay m ee = π ϕ m U e π m U e m 3 = 0.0, sin θ M Z [GeV] inverted hierarchy and large tanβ ϕ =π : large mixing angle は量子補正で変化しない ϕ =0 : large mixing angle は量子補正で変化する [hep-ph/ ] e m U e iϕ iϕ3 3 e3 inverted hierarchy large tanβ ϕ ~0.0 θ :large mixing angle は量子補正由来 7/3

8 TKK TK 実験 large detector in 韓国

9 9/3 基本戦略 ( 定性的 ) 基本戦略 ( 定性的 ) ( ) ( ) ( )L E m q B A q P ij ij e e e, sin sin )sin ( atm 3 rct δ θ θ ν ν μ Δ Δ = π δ θ θ δ θ θ θ π δ θ π δ θ θ θ 3 MNS rct sun MNS rct sun rct 3 MNS rct 3 MNS rct sun rct cos sin km 0.9 sin cos sin sin cos 4 sin sin km 0.37 sin sin sin cos Δ Δ = Δ Δ = Δ Δ = q q L q q E al B q q L En G a q q E al A e e F e matter effect base-line length hep-ph/0605 ~ st maximum hierarchy

10 TK のビームは韓国へ Off-Axis-Beam (OAB) : 円錐状に広がる Super-K on-axis S-Korea L=95km, θ = L=000-00km, θ = J-PARC 3.0@SK 0/3 hep-ph/060755

11 条件 fiducial volume (00% efficiency) SK :.5 kton Korea : 00 kton 露出時間 5 年 (0 POT/year,0.8MW), TK-I running time anti-neutrino は使わない 基線長と角度 SK: L=95km with θ=.5 o or 3.0 o KR: L= km with θ=(0.5 o ~ 3.0 o ) / 0.5 o step 韓国での角度は距離と SK での角度に依存する /3

12 CCQE event Event Number easy reconstruct the neutrino energy easy distinguish, e-like, μ-like ビン切り ビン幅 : 00MeV (Fermi motion 80MeV) 領域 (#event > 0) GeV for μ-like (SK/Korea) GeV for e-like (SK) GeV for e-like (Korea) バックグラウンド beam contaminations は含む (another flavor in beam) NC background は含まない (π 0!γγ e-shower) /3

13 入力値 太陽 sin θ = 0.83± 0.07, δm = (8. ± 0.6) 0-5 ev 大気 sin θ = , δm = ev 物質密度 ( 不定性 : ±3%) ρ =.8 / 3.0 (g/cm 3 )(SK/Korea) その他 (systematic)( 不定性 : ±3%) flux normalization (each species) CCQE cross section (ν / anti-ν) fiducial volume (SK / Korea) #total parameters:6 3/3

14 χ -rule of the game- χ = i:bin α: e,μ ( i ) fit ( i N ) α Nα ( i ) input N f flux ν β all flavor ν, ν ( ) fit 5( m ) m 8. 0 ev 5( ev ) ( ) fit ( sin θ sin θ ) rct α 0.0 input rct f input QE ν α event number SK,Kr ( sin θ ) sun fit 0.07 f ρ sys. error f SK/Kr V 原子炉実験 Double CHOOZ parameter error 問題を解くのに重要 TKK は原子炉実験に比べて不利 4/3

15 最適地

16 true : normal fit : inverted 質量階層性 true : sin θ 3 = 0. free : fit δ = 0.0 free.5@sk 3.0@SK 最適地 : L=000km with 0.5 o and 3.0 6/3

17 L = 000 km and θ = 0.5 o SK :θ = 3.0 o Seoul (KIAS) 浦項 (APCTP) 大田 (KAIST) hep-ph/ 大邱 (LP07) 7/3

18 SK 理由 Kr flux σ flux σ 8/3

19 CP 位相 (normal( hierarchy) without anti-neutrino 9/3

20 CP 位相 (inverted( hierarchy) without anti-neutrino 0/3

21 octant nor input : θ<45 o fit : θ>45 o 0.96 input : θ>45 o fit : θ<45 o inv /3

22 まとめ TKK TK Large Detector (00kton) in Korea 物質効果の大きさ ( 距離に比例 ) の違いが決め手質量階層性 CP 位相 octant TKK 原子炉実験 (Double CHOOZ) 質量階層性 (3σ : sin θ 3 ~ 0.05) CP 位相 (±30 o : without anti-neutrino) Octant( ) (3σ : sin θ 3 ~ 0.) /3

23 thank you for your attention N.Okamura, 3/3

KamLAND (µ) ν e RSFP + ν e RSFP(Resonant Spin Flavor Precession) ν e RSFP 1. ν e ν µ ν e RSFP.ν e νµ ν e νe µ KamLAND νe KamLAND (ʼ4). kton-day 8.3 < E ν < 14.8 MeV candidates Φ(νe) < 37 cm - s -1 P(νe

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24 10 10 1 2 1.1............................ 2 2 3 3 8 3.1............................ 8 3.2............................ 8 3.3.............................. 11 3.4........................ 12 3.5.........................

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18 I ( ) (1) I-1,I-2,I-3 (2) (3) I-1 ( ) (100 ) θ ϕ θ ϕ m m l l θ ϕ θ ϕ 2 g (1) (2) 0 (3) θ ϕ (4) (3) θ(t) = A 1 cos(ω 1 t + α 1 ) + A 2 cos(ω 2 t + α

18 I ( ) (1) I-1,I-2,I-3 (2) (3) I-1 ( ) (100 ) θ ϕ θ ϕ m m l l θ ϕ θ ϕ 2 g (1) (2) 0 (3) θ ϕ (4) (3) θ(t) = A 1 cos(ω 1 t + α 1 ) + A 2 cos(ω 2 t + α 18 I ( ) (1) I-1,I-2,I-3 (2) (3) I-1 ( ) (100 ) θ ϕ θ ϕ m m l l θ ϕ θ ϕ 2 g (1) (2) 0 (3) θ ϕ (4) (3) θ(t) = A 1 cos(ω 1 t + α 1 ) + A 2 cos(ω 2 t + α 2 ), ϕ(t) = B 1 cos(ω 1 t + α 1 ) + B 2 cos(ω 2 t

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