Orientador: Orlando Luis Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:10:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Picoreti_Renan_M.pdf: 2695409 bytes, checksum: 33f93ce114e33774d72d40191bbac72b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neutrinos Astrofísicos são produzidos quando prótons ou núcleos, acelerados numa fonte astrofísica, interagem com a matéria nas imediações gerando méons que decaem fracamente produzindo neutrinos. Remanescentes de Supernovas, Núcleos Ativos de Galáxias (AGN) e Explosões de Raios Gama (GRB) são alguns dos candidatos a fontes, e a detecção desses neutrinos pode fornecer informações tanto sobre esses objetos astrofísicos quanto sobre a física de neutrinos. Neste trabalho, supomos, de forma simplificada, que nas fontes são produzidos mésons ¶ ± num espectro de lei de potência da energia, 8 E¶ -a . Calculando-se os espectros de produção dos neutrinos gerados na cadeia de decaimento, obtém-se, no limite em que as partículas são ultrarrelativísticas, uma razão entre sabores de neutrinos muônicos e eletrônicos que é função do expoente do espectro inicial, a, dos píons. Calculamos uma correção a essa razão devido a termos proporcionais à massa do elétron, geralmente desprezada na literatura, e verificamos a validade da razão na aproximação ultrarrelativística. Entre produção e detecção, a razão entre sabores deve se modificar devido ao fenômeno da oscilação de neutrinos. Assim, discutimos a possibilidade de, através da detecção destes neutrinos e da medição da razão entre os sabores, inferir-se propriedades da produção dos neutrinos na fonte ou mesmo verificar-se a existência de novos fenômenos da física de neutrinos, em especial, o decaimento de neutrinos / Abstract: Astrophysical Neutrinos are produced when protons or nuclei, accelerated in a astrophysical source, interact with the surrounding matter generating weakly decaying mesons that decay producing neutrinos. Supernova Remnants, Active Galactic Nuclei (AGN) and Gamma-ray Bursts (GRB) are some of the candidates to such sources, and the detection of those neutrinos may provide information about these astrophysical objects and about neutrino physics. In this work, we suppose, in a simplified manner, that the sources produce ¶ ± mesons with a power law spectrum, 8¶ -a .Upon calculation of the neutrino production spectra on the pion decay chain, it is obtained, on the ultra-relativistic limit, the flavor ratio between muon and electron neutrinos as a function of the slope of the initial pion spectrum. We calculated a correction to this flavor ratio due to non-vanishing electron mass, usually disregarded, and we verified if the ultra-relativistic limit is reasonable. Between neutrino production and detection, the flavor ratio is modified due to the neutrino flavor oscillation. Thus, we discuss the possibility of inferring the source properties or new neutrino physics phenomena, such as neutrino decay, through the detection of astrophysical neutrinos and the measurement of its flavor ratio / Mestrado / Física das Particulas Elementares e Campos / Mestre em Física

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-06-23T17:07:23Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Abner Leonel Gadelha Gomes - 2013.pdf: 12566466 bytes, checksum: de6788671342c72dc83a388cf0a1f093 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2017-07-07T20:24:16Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Abner Leonel Gadelha Gomes - 2013.pdf: 12566466 bytes, checksum: de6788671342c72dc83a388cf0a1f093 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-07T20:24:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Abner Leonel Gadelha Gomes - 2013.pdf: 12566466 bytes, checksum: de6788671342c72dc83a388cf0a1f093 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2014-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / We use the and produced from MINOS beam line that recently reported a disappearence analysis using their full data and combining the beam line and atmospheric neutrinos and antineutrinos events. We used their beam data analysis to constrain the neutrino lifetime under the oscillation plus decay framework. Our analysis reports 3 < 1:4 10􀀀3 GeV=s, which corresponds to a decay lifetime 3=m3 > 2:4 10􀀀12 s=eV , improving a previous MINOS measurement who is 3=m3 > 2:1 10􀀀12 s=eV . / Usamos dados de e produzidos da linha de feixe do experimento MINOS publicados recentemente em uma análise de desaparecimento de neutrinos muônicos utilizando dados completos de neutrinos e antineutrinos da linha de feixe e atmosféricos. Estabelecemos limites sobre a razão tempo de vida por massa do neutrino para o modelo de oscilação com decaimento. Obtivemos da análise um limite superior de 3 < 1;4 10􀀀3 GeV=s, que corresponde a um tempo de vida de 3=m3 > 2;4 10􀀀12 s=eV no limite inferior, melhorando a medida anterior do MINOS que era de 3=m3 > 2;1 10􀀀12 s=eV .

This thesis is devoted to the theory and phenomenology of neutrino physics. While the standard model of particle physics has been extremely successful, it fails to account for massive neutrinos, which are necessary to describe the observations of neutrino oscillations made by several different experiments. Thus, neutrino physics is a possible window for exploring the physics beyond the standard model, making it both interesting and important for our fundamental understanding of Nature. Throughout this thesis, we will discuss different aspects of neutrino physics, ranging from taking all three types of neutrinos into account in neutrino oscillation experiments to exploring the possibilities of neutrino mass models to produce a viable source of the baryon asymmetry of the Universe. The emphasis of the thesis is on neutrino oscillations which, given their implication of neutrino masses, is a phenomenon where other results that are not describable in the standard model could be found, such as new interactions between neutrinos and fermions. / QC 20100630

[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] Nesta tese estudamos o potencial que terão a próxima geração de detectores de neutrinos (JUNO, Hyper-Kamiokande e DUNE) para a detecção dos efeitos da matéria da Terra através da identificação das modulações no espectro de energia dos neutrinos de supernovas de colapso de núcleo em nossa galáxia, assumindo a possibilidade do decaimiento invisível de v2 após os neutrinos terem deixado a estrela, caminho da Terra. Simulações recentes do colapso gravitacional (e subsequente explosão) de estrelas com massa maior do que ~ 8Mo mostram que durante a fase de esfriamento as energias médias (Eve) e (Evx) tornam-se muito semelhantes e os fluxos tendem a se igualar, tornando difícil observar os efeitos da matéria da Terra usando um único detector. Neste trabalho mostramos que a inclusão do decaimiento dos neutrinos também cria a possibilidade de observar os efeitos em consideração no canal de detecção de neutrinos se o ordenamento de massa for normal e no canal anti-neutrino se o ordenamento for invertido, o que não é esperado na ausência de decaimento. Em particular, se a taxa de decaimento for maior do que ~ 70%, descobrimos que o decaimento invisível de v2 pode aumentar as possibilidades de observação dos efeitos da matéria da Terra, mesmo para supernovas a uma distância de 10 kpc de nós. / [en] In this thesis we studied the potential that the next-generation neutrino detectors (JUNO, Hyper-Kamiokande and DUNE) will have to the detection of the Earth matter effects through the identification of the modulations in the energy spectrum of neutrinos from core-collapse supernovae in our galaxy, assuming the possibility of the invisible decay of v2 after the neutrinos have left the star, on their way to Earth. Recent simulations of gravitational collapse (and subsequent explosion) of stars more massive than ~ 8Mo show that during the cooling phase the average energies (EVe) and (Evx) become very similar and the fluxes tend to equalize, making it difficult to observe the Earth matter effects using a single detector. In this work we show that the inclusion of neutrino decay creates also the possibility of observing the effects under consideration in the neutrino detection channel if the mass ordering is normal and in the anti-neutrino channel if the ordering is inverted, which is not expected in the absence of neutrino decay. In particular, if the decay rate is more than ~ 70%, we find that the invisible neutrino decay of v2 can enhance the observation possibilities of Earth matter effects even for supernovae at a distance of 10 kpc from us.