[pt] Com o avanço na medida dos parâmetros responsáveis por oscilação de neutrinos, podemos dizer que hoje a física de neutrinos está entrando na era da precisão, o que nos permite explorar cenários além de massas e misturas de três sabores de neutrinos, ou seja, podemos procurar uma nova física que cause algum efeito subdominante, que não pode ser explicado por oscilação usual. Podemos citar a anomalia de antineutrinos de reator e anomalia de Gálio, ambas serão explicadas posteriormente no capítulo 3. Propomos uma solução alternativa para estas duas anomalias, baseado em um cenário com grandes dimensões extras. Exploramos também a capacidade de um experimento com neutrinos ultramonocromáticos produzidos via efeito Mossbauer, de detectar ou vincular alguns cenários de nova física além do modelo padrão. Os cenários que consideramos nesta tese são: neutrinos esteréis, estes sendo a extensão mais simples do modelo de três sabores; o cenário com grandes dimensões espaciais extras; descoerência quântica como física não padrão; e por último e não menos importante o cenário com neutrinos de massa variável. Mostramos também o impacto, se assumimos a existência destes cenários, na determinação dos parâmetros de oscilação Delta m2 31 e Teta 13. / [en] With advances in the measurements of the neutrino oscillation parameters, we can assume that neutrino physics is going to a precision era, as a consequence we can explore new scenarios beyond the standard mass and mixing with three neutrino flavors , that is, we can look for a new physics that affects in a subleading way and that can not be explained by the standard oscillation framework. For instance, the reactor antineutrino and Gallium anomalies, both anomalies will be discussed in chapter 3. We propose an explanation for these anomalies based on a scenario with large extra dimension. We also explore the capability of an experiment with ultramonochromatic neutrinos based on M ossbauer effect detects or constrains some new physics scenarios beyond the standard model. In this thesis we consider: sterile neutrinos, large extra dimensions, non standard quantum decoherence and mass varying neutrinos. We also show the impact on the determination of the standard oscillation parameters delta m2 31 and teta 13 if we assume non standard physics scenarios.

[pt] Nesta dissertação, estudamos do ponto de vista fenomenológico, os efeitos de neutrinos estéreis para os observáveis de massas de neutrinos baseado nos dados do experimento LSND e nos resultados divulgados recentemente pela colaboração MiniBooNE. Consideramos observáveis de massa as seguintes quantidades: o parâmetro de massa cinemática cuja medida é realizada em experimentos com o decaimento beta do tritium tendo seu valor atual fornecido pelos experimentos Mainz e Troitsk; a massa efetiva de Majorana, que é uma quantidade que pode ser obtida em experimentos com o duplo decaimento beta sem neutrinos; finalmente, a soma de massas dos neutrinos, a qual é vinculada por dados cosmológicos. Nossa análise é realizada considerando os possíveis ordenamentos de massas para o caso em que temos dois neutrinos estéreis além dos três neutrinos ativos usuais, cuja adição é necessária para explicar os resultados de LSND e MiniBooNE ao mesmo tempo. Neste cenário, temos oito possíveis ordenamentos de massas, os quais dividimos em três grupos. No primeiro grupo, temos que os dois neutrinos estéreis são mais pesados que os três neutrinos ativos. No segundo grupo, os dois neutrinos estéreis são mais leves que os três neutrinos ativos. Cada um destes dois grupos tem possibilidades que dependem do ordenamento de massas dos neutrinos ativos que pode ser normal ou invertido. No terceiro e último grupo temos que um neutrino estéril é mais leve e o outro mais pesado que os três neutrinos ativos. Neste grupo, existem quatro possibilidades de ordenamento associada ao posicionamento dos neutrinos estéreis e ao ordenamento dos neutrinos do setor ativo. Investigamos os observáveis de massas em cada um destes cenários. / [en] In this dissertation we study, from the phenomenological point of view, the effects of sterile neutrinos for the observables related to neutrino masses based on the data of the LSND experiment and on the results releasedrecently by the MiniBooNE collaboration. We consider the following mass related obsevables: the kinematic mass parameter which is obtained in tritium beta decay experiments whose current value is provided by Mainzand Troitsk experiments; the Majorana effective mass, it is a quantity that can be obtained in neutrinoless double beta decay experiments. In additionto these quantities, we also consider the sum of neutrinos masses, which isconstrained by cosmological data. Our analysis is performed by considering the possible mass orderings for the cases where we have two sterile neutrinosbeyond the three standard active neutrinos, whose addition is necessary to explain the results of LSND andMiniBooNE simultaneously. In this scenariot here are eight possible mass orderings, which are divided into three groups.In the first group we have two sterile neutrinos which are heavier thanthe three active neutrinos. In the second group the two sterile neutrinosare lighter than the three active neutrinos. Each of these two groups canbe further divided into 2 subgroups depending on the mass ordering ofthe active neutrinos that can be normal or inverted. In the third and lastgroup we have one sterile neutrino lighter and the other heavier than thethree active neutrinos. In this group there are four possibilities of ordering depending on the positioning of the sterile neutrinos with respect to theactive ones and on the mass ordering of the active states. We investigate systematically the masses observable in each of these scenarios.

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[pt] Nesse trabalho realizamos, em princípio, um estudo fenomenológico de alguns experimentos prévios com neutrinos, que utilizaram reatores nucleares como fonte. Tais experimentos buscaram evidências de distorção espectral que corroborassem o mecanismo de conversão de sabor entre neutrinos. Nessa etapa reunimos suficiente informação sobre a metodologia empregada para a detecção e análise do espectro de neutrinos de reatores, bem como os limites impostos por esses experimentos sobre os parâmetros de oscilação. A partir desse estudo, investigamos a possibilidade de se explorar uma região do espaço de parâmetros, caracterizada por um pequeno ângulo de mistura e elevado autoestado de massa, ainda não excluída pelos resultados experimentais atuais. Como uma escala de massa tão elevada não pode estar associada a qualquer um dos três sabores ativos (eletrônico, muônico ou tauônico), em nossa análise, utilizamos uma extensão do modelo de três neutrinos ativos, incorporando um quarto autoestado estéril. Por fim, discutimos uma configuração experimental, baseada em um reator nuclear, que apresente a sensibilidade necessária para atingir esse conjunto de parâmetros. / [en] In this dissertation we have done, at first, a phenomenological study of some previous neutrino experiments, that had searched evidences of spectral distortion that corroborated the mechanism of flavor conversion, using nuclear reactors as source. We collected enough information about the methodology used for detection and analisys of neutrino spectrum of reactors, as well as the constraints on oscillation parameters provided by that experiments. Starting from this study, we investigated the possibility to explore a region of the space of parameters, characterized by a small mixing angle and high mass eigenstate, that not yet have been excluded by experimental results, but incompatible with the extracted current mass scale of the experiments with solar, atmospheric, accelerator (except for the LSND experiment) and reactor neutrinos. For this inquiry, we assume the simplest extension of the standart oscillation model, incorporating a new eigenstate responsible for the higher scale mass. Finally, we discuss a experimental configuration, based on nuclear reactor, which presents the sensitivity required to reach this set of parameters.

[pt] Em física de neutrinos, quase todos os dados de experimentos importantes podem ser explicados através de oscilação de neutrinos causados por massas e misturas. Porem, existe a possibilidade de que os neutrinos tenham algumas propriedades, além dessas mencionadas, que manifesta alguma física nova ou física além do modelo padrão. Esta nova física pode ser explicada por partículas exóticas ainda desconhecidas que são responsáveis por interações extras ou interação não padrão com os neutrinos e aqui as estudaremos fenomenologicamente, isto é, não nos preocuparemos com um modelo teórico em si. Nesta tese, estudamos os efeitos dessa interação não-padrão de neutrinos com a matéria para os experimentos de oscilação de grandes comprimentos. Nós consideramos dois detetores idênticos, mas com suas distâncias em relação à fonte, diferentes em dois casos: Primeiro, estudamos o potencial para sondar os efeitos de interação não-padrão para experimentos que usam feixes de neutrinos convencionais vindo de decaimentos de píons. Como exemplo, consideramos um feixe de neutrinos a ser criado pelo acelerador de prótons do JPARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) no Japão. Nele, consideramos dois detetores, além do detetor próximo ao JPARC para monitorar o feixe; temos o primeiro que está situado em Kamioka, Japão e o outro em algum lugar na Coréia do Sul, sendo que o primeiro está a 295 km, enquanto o segundo está em torno de 1000 km do JPARC. Segundo, avaliamos também o potencial da fábrica de neutrinos, o qual utiliza feixes de neutrinos vindo do decaimento de múons armazenados num anel para estudar os parâmetros de interação não-padrão e o seu impacto na sensibilidade da fase de violação CP e o ângulo de mistura 013. Neste trabalho, também combinamos os dados simulados com dois detetores com comprimentos diferentes, sendo o primeiro a 3000 km e o outro a 7000 km da fonte. O comprimento deste segundo detetor foi escolhido pelo fato de ter uma característica peculiar, o Magic Baseline (comprimento mágico), onde a probabilidade de oscilação não depende da fase de violação de CP quando os parâmetros não-padrão estão ausentes. / [en] In neutrino physics, most of the experimental data importants can be explained due to neutrino oscilation induced by mass and mixing. However, there is the posibility that the neutrinos have some properties, new physics or beyond Standard Model. This new physics can be explained with some so far unknown exotic particles that are responsables for extra interactions ornon standard interaction with neutrinos and here we studied fenomenologically, without concerning about any theoretical model. In this Thesis, we study the effects of Non Standard Interaction (NSI) with matter in experimentsof oscilation in long baseline. We consider two identical detectors, but wih diferent baselines from source, in two cases: first, we study the probing potencial to analyse the NSI effect for experiments that use conventionalneutrino beams coming from pions decay. For example, we should consider a neutrino beam created at the Proton Accelerator JPARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) in Japan. We consider two detectors, in additionto the front detector at JPARC to monitor the beam; we have the first in Kamioka, Japan and other somewhere in Korea, the first is at 295km, and the second is localizate about 1000 km from JPARC. In sequence, we also evaluate the potencial of Neutrino Factory, where a neutrino beam come from a muon decay storage ring, in order to study the non standard interactions parameter and its impact in CP phase sensibility and the mixingangle 013. In this work we combined theses simulated data from two detectors with differents baselines, with the first localized at 3000 km and the other at 7000 km from the source. The baseline of this second detectorwas chosen because it has a special feature, the Magic Baseline, where theoscilation probability do not depend of CP phase violation when the nonstandard parameters are absent.

[pt] Embora sua detecção seja difícil, neutrinos são considerados como boa ferramenta na astrofísica para obtermos informações das Supernovas, Explosão de Raios Gama e do interior de objetos celestes como o Sol e Núcleos Ativos de Galáxias, porque não é possível explorá-los por meios ópticos. Por interagir muito fracamente com a matéria usual, neutrinos são capazes de percorrer grandes distâncias e atravessar astros e galáxias sem perder energia e, ao serem detectados na Terra, eles trazem informações sobre a fonte emissora, mecanismos de produção destes neutrinos energéticos e, nos permitem estudar as propriedades ainda não completamente conhecidas dos neutrinos, como massas e ângulos de misturas. Um excelente exemplo é o telescópio de neutrinos IceCube que, recentemente, registrou eventos de neutrinos de altas energias, na faixa de TeV e PeV, cujas origens são extragalácticas. Tal pioneirismo abre uma nova janela para estudarmos o Universo. Nessa dissertação, através do fenômeno de oscilação de neutrinos, estudaremos como ocorre a mudança dos sabores leptônicos dos fluxos dos neutrinos de altas energias de origem extragaláctica ao longo de seu caminho, desde a sua criação até a Terra. Analisaremos também o comportamento da razão de sabor dos fluxos de neutrinos em função da fase de violação CP e do ângulo de mistura de sabor leptônico entre segunda e terceira gerações. / [en] Depite that it is difficult to detect neutrinos, they are an interesting tool in astrophysics to obtain information about astronomical objects and events such as the Sun, Supernovae, Active Galactic Nuclei and Gamma Ray Bursts because it is impossible to explore them by optic ways. Due to their very weak interaction with ordinary matter, neutrinos are able to propagate very large distances and pass through stars and galaxies with no energy loss. By detecting neutrinos at Earth, we can get information about neutrino sources as well as the production mechanism and we are also able to study neutrino properties which are not well understood yet, such as mass hierarchy and mixing angles. A great exemple is a neutrino telescope called IceCube which recently recorded, for the first time, high energy neutrino events in the range of TeV and PeV whose source is extragalactic. These events have opened a new window to study the universe. In this dissertation we use neutrino oscillation to study how is the change in the leptonic flavors of high energy neutrino fluxes from their extragalactic sources to the Earth. We also analyse the flavor ratio behavior of neutrino fluxes as a function of CP-violating phase and the mixing angle between second and third generation.

[pt] O princípio da equivalência é um pressuposto fundamental da Teoria da Relatividade Geral, entretanto, nas tentativas de quantização da gravidade os cálculos estão levando, muitas vezes, a pequenas violações desse princípio (VEP). Por esse motivo, se mostra necessário testá-lo e obter limites estatísticos para essas violações, a fim de possivelmente descartar alguns cenários. Uma das frentes com grande possibilidade de limitar os valores dessa violação é analisando a oscilação de neutrinos atmosféricos de altas energias, gerados pelos raios cósmicos. A oscilação padrão de sabores dos neutrinos que atravessam a Terra se torna desprezível em altas energias, enquanto a oscilação induzida por VEP se torna cada vez mais proeminente nessa faixa da energia. Neste trabalho, usamos uma abordagem minimalista da VEP, em que ela aconteceria através de diferentes valores de constantes gravitacionais para cada autoestado de massa de neutrino, parametrizado como Gi ≡ γiG onde o G é contante gravitacional, e traçamos limites para os parâmetros \Phi \Delta\gamma_21 e \Phi \Delta\gamma_21 no plano (\Phi \Delta\gamma_21 , \Phi \Delta\gamma_31), onde o \Phi é o potencial gravitacional. Para isso, foram usados os dados de rastros de múons gerados da interação de neutrinos atmosféricos com a rocha ou gelo, coletados por um ano pelo IceCube na sua forma completa (IC-86). Os múons possuem energias entre 400 GeV e 20 TeV, e os dados coletados foram comparados com os valores esperados pelos melhores modelos de produção de neutrinos muônicos atmosféricos. / [en] The equivalence principle is a fundamental assumption of General Relativity. However, in several quantum gravity scenarios, small violations of thisprinciple (VEP) is expected. For this reason, it is important to test this principle and obtain statistical limits on its violation, in order to possibly discardsome scenarios. One way to constrain this violation is analyzing the flavor oscillation pattern of high-energy atmospheric neutrinos, generated by cosmicrays. The standard oscillation of neutrino s flavor crossing the Earth becomesnegligible at high energies, while the oscillation induced by VEP becomes increasingly prominent in this range of energy. In this work, we use a minimalisticapproach about the VEP, in which it would occur because of different valuesof gravitational constants for each neutrino mass eigenstate, parameterized asGi ≡ γiG where G is the gravitational constant, and we derive limits on theparameters Phi Deltagamma_21 and Phi Deltagamma_21 in the (Phi Deltagamma_21 , Phi Deltagamma_31) plane, where Phi is thegravitational potential. To this end, muon-tracks events generated from theinteraction of atmospheric neutrinos with the rock or ice, collected for oneyear by IceCube in its complete form (IC-86), were used. The detected muonshave energies between 400 GeV and 20 TeV, and the collected data has beencompared with the values expected by the best models of atmospheric muonneutrino production.

[pt] A oportunidade ímpar da construção do primeiro laboratório subterrâneo no Hemisfério Sul precisa ser alicerçada com importantes objetivos científicos, de maneira a competir com os demais laboratórios já existentes ao redor do planeta. Assim, no intuito de auxiliar na solidificação desta ideia, esta tese tem o propósito de verificar o potencial de um detector de neutrinos no futuro laboratório de ANDES para a observação de neutrinos vindos da próxima Supernova Galáctica. A observação de tais partículas é de fundamental importância para a compreensão do mecanismo de explosão de estrelas e para inferir ou desvendar propriedades dos neutrinos. Para tal, simulamos o número de eventos para o decaimento Beta inverso e para o espalhamento elástico v - p que seriam obtidos com a próxima supernova com o detector de ANDES considerando diferentes tipos de cintiladores líquidos, levando em conta o efeito MSW. Mostramos que através do espalhamento elástico v - p é possível reconstruir o fluxo total de todos os sabores de neutrinos, energia média e total liberados por neutrinos não-eletrônicos. Além disso, a comparação da razão dos números de eventos que vem de corrente carregada (depende da oscilação) e de corrente neutra (independente de oscilação), nos permite inferir a hierarquia de massa para alguns casos. Adicionalmente, estudamos a contribuição do laboratório de ANDES para a observação do efeito de matéria da Terra ao compararmos dados com outros detectores do Hemisfério Norte. Finalmente, investigamos a precisão angular para determinar a direção de uma supernova apenas usando o registro de neutrinos, que pode ser o caso de Supernovas que formam buracos negros ou sofram efeito de obscurecimento devido a poeira interestelar. / [en] The unique opportunity of construction of the first underground laboratory in the Southern Hemisphere must be grounded with important scientific goals in order to compete with others already existing laboratories around the word. In order to compete with idea as much as possible, this PhD Thesis aims to investigate the potential of a future neutrino detector at the ANDES laboratory to the observation of such particles is of fundamental importance to understanding the mechanism and starbust inferred or unravel properties of neutrinos as mass hierarchy, for example. To this end, we simulate the number of events for inverse beta decay and the elastic scattering of v - p that would be obtained with nearby supernova at the ANDES detector taking into account different types of liquid scintillator ande the phenomenon of MSW effect. We show that through the v - p elastic scattering is possible to reconstruct the total flux of all flavors of neutrinos, total and average energy released by non-electron neutrinos. furthermore, comparison of the ratio of observed and theoretical prediction, the number of the ANDES laboratory to the Northern Hemisphere. Finally, we investigate the angular precision for determining the direction of the supernova only using its neutrinos, which can be the situation when either supernovae collapses forming black holes or obscuration due to interstellar dust.

[pt] Neste trabalho de tese investigaremos um novo método para medir a fase leptóonica de violação CP, CP , com um set up experimental chamado LiquidO e, estudaremos a possibilidade do futuro experimento Hyper-Kamiokande de pôr um limite sobre o tempo de vida do neutrino. Ambos são experimentos que detectam neutrinos de acelerador que performarão as próprias medições através do estudo do bem conhecido fenómeno da oscilação de sabor de neutrinos. O primeiro experimento considerado possui duas novas características: primeiramente utiliza como fonte de neutrino um fluxo de Vμ e Vμ produzidos por pions (pi+) em repouso a uma distância de 16 km e secondariamente vai usar uma nova forma de detecção. Essa detecção é feita utilizando cintilador liquido opaco com fibras ópticas que permitem distinguir entre e+ e e-. Nós explicaremos as principais propriedades fenomenológicas desta configuração e calcularemos a significância estatística de exclusão da hipótese CP = (0, pi), a precisão de medição de CP com 1δ de confiança estatística e também as regões permitidas no espaço dos parámetros sin2 023 - δ CP . Na segunda parte do nosso trabalho, nos concentraremos no experimento Hyper-Kamiokande, versão melhorada do experimento Super-Kamiokande que se adjudicou o prémio Nobel em 2015. Este é um detector de luz Cherenkov que utiliza um fluxo de Vμ (Vμ) com energias < 10GeV produzido no acelerador JPARC e colocado a uma distância de 295 km. Neste trabalho identificaremos este experimento como T2HK enquanto para a sua estensão na Korea, que utilizará a mesma fonte mas será colocada a 1100 km de distância, utilizaremos a sigla T2HKK. Nós introduziremos brevemente as modalidades de decaimento do neutrino que podem ser classificadas em dois tipos: um é chamado decaimento invisível, ou seja, quando o neutrino de origem decai em um estado estéril mais uma partícula escalar, e o outro e chamdo de decaimento visível, ou seja, quando o neutrino de origem decai em um autoestado de massa ativo mais uma partícula escalar. Em fim calcularemos as sensitividades no limite da vida média do autoestado V3 para os casos de decaimento visível e invisível para as configurações de T2HK e T2HKK. / [en] In this thesis we will study a novel method to measure the leptonic CP violation phase, CP , in an experimental set up called LiquidO, and the possibility by the future experiment Hyper-Kamiokande to put a limit on the neutrino lifetime. Both experiment are accelerator based ones that will use the well established neutrino flavour oscillation phenomenon to perform their measurement. The first experimental set up uses two new features: firstly it uses as a source a flux of Vμ and Vμ coming from pions (pi+) decay at rest with a baseline of 16 km and secondly it uses a new detection method. This new detection is performed using opaque Liquid Scintillator (LS) with optical fibers that allows e+ e- identification. We will discuss the phenomenological main characteristics of this set up and we will calculate the expected significance to exclude the δ CP = (0, pi) hypothesis, the 1δ precision of the CP measurement and also the expected allowed regions in the sin2 023 - δ CP plane. For what it concerns the second part of our work, we will focus on the Hyper-Kamiokande experiment, upgrade of the 2015 Nobel prize awarded Super-Kamiokande. This is a water Cherenkov detector that will use a Vμ (Vμ) flux with a typical neutrino energy < 10 GeV coming from the JPARC facility with a baseline of 295 km. We will call this source-detector configuration T2HK to distinguish T2HKK, the possible extension of this experiment in Korea that will use the same beam but it will be located at 1100 km from the source. We will briefly introduce the neutrino decay mode that can be classified in two types: one is what is called invisible decay , i.e. when neutrino decays into a sterile neutrino state plus a scalar particle, and the other is called visible decay, i.e. when neutrino decays into an active mass eigenstate plus a scalar particle. We will calculate the limit on the V3 lifetime for the invisible and the visible case for both configurations T2HK and T2HKK.

[pt] Atualmente podemos determinar com grande precisão os parâmetros das massas e misturas dos neutrinos. Porém, mesmo que no futuro as incertezas sobres as medidas destes parâmetros sejam reduzidas considerablemente, talvez algumas questões ainda continuem em aberto, como por exemplo, o valor absoluto da massa dos neutrinos, a hierarquia de massa e também determinar se os neutrinos são de Majorana ou Dirac, e se forem de Majorana, então quais seriam os valores das fases de CP? Nesta tese, nós abordamos parte destas questões estudando a detetabilidade da fase CP de Majorana através das medidas de massa dos neutrinos, que são extraídas de experimentos de decaimento beta, duplo decaimento beta sem neutrinos e observações cosmológicas. Para quantificar a sensibilidade dos experimentos à fase de Majorana, além de usar os gráficos convencionais das regiões permitidas, usamos a função de exclusão, definida como uma fração no espaço de parâmentros CP, que é excluída quando um conjunto de parâmetros de entrada é fornecido. A sensibilidade dos experimentos é considerada quando variamos as incertezas desde o valor mais pessimista até o valor mais optimista e também incluímos o erro experimental devido à matriz de elementos nucleares. Com esta análise, encontramos que a fase de Majorana, denotada como a21, pode ser restringida ao ser excluído o espaço de parâmentros entre um 10 por cento e até 50 por cento, com um nível de confiança de 3o, isto se consideramos que a massa do neutino mais leve é 0.1eV. Também são tratados aspectos característicos da sensibilidade à fase a21, como por exemplo, a dependência à outra fase de Majorana a31. Para finalizar, nós estudamos o caso de se na atualidade, a incerteza do elemento de matriz nuclear pode ser limitado usando as medidas dos mesmos experimentos. / [en] Nowdays we are in a precision epoch where is possible to get accurately the parameters that involve the neutrino physics, however, even that in the future the uncertainties on those parameters will decrease enormously, perhaps still will continue some open question, for instance, what is the absolute mass of neutrinos? What is the hierarchy of the masses? Are the neutrinos Majorana or Dirac? And if they were Majorana, what would be the value of the CP phases? In this work, we studying the detectability of the CP phase through experiments of neutrino beta decay, neutrinoless double beta decay and cosmology. In order to quantify the sensitivity to the Majorana phase we use the CP exlusion fraction, it is a fraction of region of the CP phase, that is excluded for a given set of assumed input parameters. The experiments sensitivity is account when it is varied since the pessimistic to optimistic one, assumptions of the experimental erros, the uncertainty of nuclear matrix elements and all the scenarios are considering with the Normal and Inverted hierarchies. We find that a Majorana phase, the called a21 can be constrained strongly by excluded 10 − 50 per cent of phase space at 3o CL for the lowest neutrino mass of 0.1 eV. The characteristic features of the sensitivity to a21, such as dependences on the other phase a31 are addressed. We also arise the question of whether the uncertainties of nuclear matrix elements could be constrined be consistancy of such measurements.