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In the first part of the thesis we explore the sensitivity to sterile neutrinos by using a novel kaon tagging technology: ENUBET, the proposed experiment could decisively test indications from the experiments Neutrino-4 and IceCube. In the second part of the thesis we discuss the current status of sterile neutrino searches at nuclear reactors, we present a study with the optimization of a green field, two baseline reactor experiment with respect to the sensitivity for electron anti-neutrino disappearance in search of a light sterile neutrino at both research and commercial reactors. We find that a total of 5 tons of detectors deployed at a commercial reactor with a closest approach of 25 m can probe the mixing angle sin²2θ down to ∼ 5 × 10⁻³ around ∆m² ∼ 1 eV² . The same detector mass deployed at a research reactor can be sensitive up to ∆m² ∼ 20 − 30 eV² assuming a closest approach of 3 m and excellent energy resolution, such as that projected for TAO. We also find that lithium doping of the reactor could be effective in increasing the sensitivity for higher ∆m² values. / Master of Science / A sterile neutrino is a particle that is not included in the actual content of matter at the fundamental level. Our goal in this thesis was to search for an imprint of this particle at neutrino experiments. We performed numerical simulations using the experimental specification given in the literature to predict what this signal should look like. The importance of searching for this particle arises from indications at neutrino nuclear experiments, if this particle exists, that would imply new physics beyond our actual understanding of the matter content in the universe. The first search was performed at an experimental facility called ENUBET and the second search was performed at nuclear reactors. Testing this elusive particle means we need to determine two parameters from a model. The results of the aforementioned parameter space searches are presented in this thesis. The statistical significance in our findings is not entirely conclusive to either confirm or refute the sterile neutrino. The benefits of studying neutrinos at nuclear reactors is that they are produced in generating electrical power as well as monitoring nuclear weapons.

Orientador: Ernesto Kemp / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T15:55:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GomezGonzalez_LuisFernando_M.pdf: 24049879 bytes, checksum: 5735f73e431cd5cc1a8ba7358ca57950 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Reatores nucleares constituem uma copiosa fonte de anti-neutrinos, cujo espectro é determinado pelo decaimento beta dos isótopos radioativos presentes no combustível nuclear. A medida que o combustível é consumido sua composição isotópica é alterada, com reflexos diretos no espectro de anti-neutrinos. Desse modo, detectores de anti-neutrinos podem ser aplicados no monitoramento da composição isotópica do combustível de reatores nucleares e da taxa de consumo deste combustível de uma forma não intrusiva e independente de informações do operador da usina nuclear. Nesse trabalho, investigamos os requisitos da resolução em energia de um detector de anti-neutrinos, posicionado na proximidades do reator, que possibilitem uma precisa espectroscopia de forma a permitir a reconstrução das contribuições individuais dos isótopos 235U, 2380, 239pu e 241Pu no número total de fissões. Para esse fim, construímos simulações de Moute Carlo de modo a avaliar os desvios em energia intrínsecos de um possível detector do Projeto Neutrinos Angra. Por fim, analisamos os dados de simulação utilizando modelos da literatura e propomos um modelo novo, na tentativa de melhor ajustar nossos dados de simulação / Abstract: Nuclear reactors are an abundant source of anti-neutrinos, whose spectrum is determined by the hera decay of radioactive isotopes in the nuclear fuel. As the fuel is consumed, their isotopic composition is altered, with direct consequences on the spectrum of anti-neutrlnos. Thus, detection of anti-neutrinos can be applied in monitoring the isotopic composition of fuel in nuclear reactors and their rate of consumption, on a non-intrusive and independent way from the nuclear plant operator information. In this study, we investigated the requirements in energy resolution of an anti-neutrino detector, positioned in close proximity to the reactor, enabling a precise spectroscopy to enable reconstruction of the individual contributions ofthe isotopes 235U, 238U, 239Pu and 241Pu to the total flux. To do this, we built a Monte Carlo simulations to evaluate the intrinsic energy resolution of a possible detector of the Neutrinos Angra Project. Final1y, we analyzed the simulated data using models found in article and propose a new model in an attempt to berrer adjust our data / Mestrado / Física das Particulas Elementares e Campos / Mestre em Física

Neste trabalho estudamos os mecanismos de geração de massa para os neutrinos. Inicialmente discorremos sobre o setor eletrofraco do Modelo Padrão dando ênfase para sua construção e os mecanismo de geração de massa das partículas, onde salientamos os limites deste modelo e sua percepção da natureza do neutrino. Utilizando campos do Modelo Padrão, vimos que é possível construir um operador de dimensão 5 que gera termos de massa de Majorana para partículas. Estudamos três realizações renormalizáveis que são pequenas extensões do Modelo Padrão e que a baixas energias exibiam o mesmo padrão que este operador de dimensão 5 que, através de um mecanismo de seesaw, gera massas para partículas neutras leves que são candidatas a neutrino de Majorana. / In this work we studied the mechanism of mass generation for neutrinos. Initially we studied the electroweak sector of the Standard Model giving emphasis to its construction and the mass generation mechanism of particles, where we show the limits of this model and its perception of the nature of neutrinos. Using _elds of the Standard Model, we saw that it is possible to construct a dimension 5 operator that generates Majorana mass terms for the particles. We studied three renormalizable realizations which are small extensions of the Standard Model and that, at low energies, exhibit the same pattern as this dimension 5 operator that, through a Seesaw mechanism, generates mass for the light neutral particles that are the candidates to Majorana\'s neutrinos.

Made available in DSpace on 2016-05-17T16:50:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-03-31. Added 1 bitstream(s) on 2016-05-17T16:54:27Z : No. of bitstreams: 1 000855219.pdf: 679886 bytes, checksum: 0563800f14d8779d50021fa027c9dc38 (MD5) / Neste trabalho, apresentamos um resumo dos principais experimentos que constataram a existência de um déficit no fluxo de neutrinos solares, levando assim, ao estabelecimento do chamado Problema dos Neutrinos Solares (PNS). Ainda que brevemente, abordamos a anomalia dos neutrinos atmosféricos. O estudo destes dois sistemas sugere que um mecanismo de conversão de sabor deve ser a solução para ambos. Esse mecanismo, também conhecido como oscilação de neutrinos, requer que massa e mistura sejam introduzidos no setor leptônico neutro. Estudamos a propagação do neutrinos no vácuo e na matéria. Posteriormente, em vista da potencial importância das massas dos neutrinos, como sugerem os experimentos de oscilação, estudamos o setor leptônico neutro descrevendo alguns modelos de massa para neutrinos a título de ilustração. Na sequência, estudamos a possibilidade de violação de CP na oscilação de neutrinos. Primeiramente, definimos as fases de violação de CP de Dirac e de Majorana. Discutimos rapidamente o decaimento 0'nü' 'beta beta' mostrando que estaé a forma mais promissora de testar a natureza de Majorana dos neutrinos. Em particular, mostramos que a violação de CP na oscilação de neutrinos é completamente insensível à mesma questão, ou seja, se os neutrinos são partículas de Dirac ou Majorana. Avaliamos, de forma qualitativa, a importância do ângulo 'teta IND. 13' para a detecção da violação de CP no setor leptônico neutro. Por fim, citamos, como exemplos, os experimentos Double CHOOZ e o Projeto Angra, no Brasil, ambos desenvolvidos com o objetivo de melhorar os limites impostos pelo CHOOZ paraθ13 / We present a review of the main experiments which have observed a deficit in the solar neutrino flux, leading to the establishment of the Solar Neutrino Puzzle. Also, we comment on the atmospheric neutrino anomaly. The study of these two systems suggest that a flavor conversion mechanism must be a solution for both deficits. This mechanism, known also as neutrino oscillation, requests that mass and mixing have to be introduced in the neutral leptonic sector. After that we have studied neutrino oscillation in vacuum and in matter. Next, in viewing of the potential importance of neutrino masses, as suggested by all neutrino oscillation data, we have studied the neutral leptonic sector describing some illustrative neutrino mass models. Finally, we have studied CP violation in neutrino oscillation. First, we define the Dirac and Majorana CP violation phases. Second, we discuss in some details the process of neutrinoless double beta decay 0'nü' 'beta beta' showing that it is the best way to provide an evidence for revealing the Dirac or Majorana neutrino character. In particular, we have shown that CP violation in neutrino oscillation is completely insensitive to that question, i.e., if neutrinos are Dirac or Majorana particles. We have also discussed the importance of the mixing parameter 'teta IND. 13' for detecting CP violation in the neutral leptonic sector. To conclude, we comment briefly on both Double CHOOZ and Angra Project experiments. These experiments are aimed to measure 'teta IND. 13' improving the present limits constrained by CHOOZ

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-03Bitstream added on 2014-06-13T19:53:19Z : No. of bitstreams: 1 menezes_m_me_ift.pdf: 1408979 bytes, checksum: c49d46abc2dcaff209c0e561dfd6398a (MD5) / Faz-se aqui o estudo da detecção de neutrinos (v) de altas energias ('E IND.v' > '10 POT.9' GeV) no Observatório Pierre Auger usando os detectores de fluorescência. Introduzimos todo o conhecimento experimental dos raios cósmicos, em conjunto com a fenomenologia das partículas elementares, para que o estudo da detecção possa ser entendido de forma bastante geral. Raios cósmicos de até '10 POT.15' eV vem de fontes em nossa galáxia; já as partículas acima de '10 POT.18' eV não são confinadas no campo magnético da galáxia. Portanto, acredita-se que estas partículas sejam de origem extra-galática. Porém, sua natureza continua completamente desconhecida. Existem vários modelos que resultam em diferentes fluxos de neutrinos de altíssimas energias. Independente do modelo, estes neutrinos vem de distâncias cosmológicas, estando sujeitos à oscilação do seu sabor. A oscilação de neutrinos traz como conseqüência uma igualdade entre os fluxos dos neutrinos de cada família. O método aqui utilizado para detecção de neutrinos consiste em considerar apenas aqueles que se propagam pelo interior terrestre, até chegarem a região de detecção. Estes neutrinos de altíssimas energias podem dar origem a léptons carregados após uma interação de corrente carregada com núcleos atômicos. Estes léptons carregados continuam se propagando na mesma direção do neutrino original, podendo sair da terra. Ao sair da Terra estes léptons carregados poderão ser detectados pelo Observatório Pierre Auger. Destes léptons, apenas o tau dará origem a um chuveiro eletromagnético que deverá ser detectado. Mostramos por fim que um número bastante pequeno de neutrinos atravessando a terra deverá ser observado. Entretando, mesmo a observação de um único evento em vários anos nos indicaria a existência de neutrinos. Além disso, seria o início de uma nova fase na detecção de raios cósmicos. / Abstracts: Here we study the detection of the ultra high energy neutrinos in Pierre Auger Observatory using the fluorescence detectors. We introduce all the experimental knowledge of cosmic rays, together with the elementary particles phenomenology, so that the detection study can be understood in a very genral way. Cosmic rays with energies up to '10 POT.15' eV come from sources in our galaxy. But the particles above '10 POT.18' eV are not confined in the galactic magnetic field. So, it is believed that these particles are of extragalactic origin. But their nature is completely unknown. There are many models that result in different ultrahigh energy neutrino fluxes. Independent of the model, these neutrinos como from cosmological distances, being subject to flavor oscillation. The neutrino oscillation gives as a consequence the equality between the neutrino fluxes of each family. The method used for the neutrino detection is to consider only those that propagate through the earth, until they arrive to the detection area. These ultra high energy neutrinos can create charged leptons after a charged current interaction with atomic nuclei. These charged leptons keep the same direction of the original neutrino and they can exit the Earth. When they exit the Earth, they will be detected by the Pierre Auger Observatory. We show, finally, that very small number of neutrinos crossing the Earth will be detected. However, even the observation of one single event in many years will be an indication of the existence of a neutrino flux. Moreover, it would be the beginning of a new phase in the cosmic ray detection.

Orientador: Juan Carlos Montero Garcia / Banca: Orlando Luis Goulart Peres / Banca: Hiroshi Nunokawa / Resumo: Neste trabalho, apresentamos um resumo dos principais experimentos que constataram a existência de um déficit no fluxo de neutrinos solares, levando assim, ao estabelecimento do chamado Problema dos Neutrinos Solares (PNS). Ainda que brevemente, abordamos a anomalia dos neutrinos atmosféricos. O estudo destes dois sistemas sugere que um mecanismo de conversão de sabor deve ser a solução para ambos. Esse mecanismo, também conhecido como "oscilação de neutrinos", requer que massa e mistura sejam introduzidos no setor leptônico neutro. Estudamos a propagação do neutrinos no vácuo e na matéria. Posteriormente, em vista da potencial importância das massas dos neutrinos, como sugerem os experimentos de oscilação, estudamos o setor leptônico neutro descrevendo alguns modelos de massa para neutrinos a título de ilustração. Na sequência, estudamos a possibilidade de violação de CP na oscilação de neutrinos. Primeiramente, definimos as fases de violação de CP de Dirac e de Majorana. Discutimos rapidamente o decaimento 0'nü' 'beta beta' mostrando que estaé a forma mais promissora de testar a natureza de Majorana dos neutrinos. Em particular, mostramos que a violação de CP na oscilação de neutrinos é completamente insensível à mesma questão, ou seja, se os neutrinos são partículas de Dirac ou Majorana. Avaliamos, de forma qualitativa, a importância do ângulo 'teta IND. 13' para a detecção da violação de CP no setor leptônico neutro. Por fim, citamos, como exemplos, os experimentos Double CHOOZ e o Projeto Angra, no Brasil, ambos desenvolvidos com o objetivo de melhorar os limites impostos pelo CHOOZ paraθ13 / Abstract: We present a review of the main experiments which have observed a deficit in the solar neutrino flux, leading to the establishment of the Solar Neutrino Puzzle. Also, we comment on the atmospheric neutrino anomaly. The study of these two systems suggest that a flavor conversion mechanism must be a solution for both deficits. This mechanism, known also as "neutrino oscillation", requests that mass and mixing have to be introduced in the neutral leptonic sector. After that we have studied neutrino oscillation in vacuum and in matter. Next, in viewing of the potential importance of neutrino masses, as suggested by all neutrino oscillation data, we have studied the neutral leptonic sector describing some illustrative neutrino mass models. Finally, we have studied CP violation in neutrino oscillation. First, we define the Dirac and Majorana CP violation phases. Second, we discuss in some details the process of neutrinoless double beta decay 0'nü' 'beta beta' showing that it is the best way to provide an evidence for revealing the Dirac or Majorana neutrino character. In particular, we have shown that CP violation in neutrino oscillation is completely insensitive to that question, i.e., if neutrinos are Dirac or Majorana particles. We have also discussed the importance of the mixing parameter 'teta IND. 13' for detecting CP violation in the neutral leptonic sector. To conclude, we comment briefly on both Double CHOOZ and Angra Project experiments. These experiments are aimed to measure 'teta IND. 13' improving the present limits constrained by CHOOZ / Mestre

Neste trabalho estudamos os mecanismos de geração de massa para os neutrinos. Inicialmente discorremos sobre o setor eletrofraco do Modelo Padrão dando ênfase para sua construção e os mecanismo de geração de massa das partículas, onde salientamos os limites deste modelo e sua percepção da natureza do neutrino. Utilizando campos do Modelo Padrão, vimos que é possível construir um operador de dimensão 5 que gera termos de massa de Majorana para partículas. Estudamos três realizações renormalizáveis que são pequenas extensões do Modelo Padrão e que a baixas energias exibiam o mesmo padrão que este operador de dimensão 5 que, através de um mecanismo de seesaw, gera massas para partículas neutras leves que são candidatas a neutrino de Majorana. / In this work we studied the mechanism of mass generation for neutrinos. Initially we studied the electroweak sector of the Standard Model giving emphasis to its construction and the mass generation mechanism of particles, where we show the limits of this model and its perception of the nature of neutrinos. Using _elds of the Standard Model, we saw that it is possible to construct a dimension 5 operator that generates Majorana mass terms for the particles. We studied three renormalizable realizations which are small extensions of the Standard Model and that, at low energies, exhibit the same pattern as this dimension 5 operator that, through a Seesaw mechanism, generates mass for the light neutral particles that are the candidates to Majorana\'s neutrinos.

Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-16T08:14:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VanegasForero_David_M.pdf: 1733110 bytes, checksum: 29e0f28a1fe9c2a5a633d3b0f7abcaf3 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Estudamos as restrições fenomenologicas dos parâmetros das interações não-padrão de neutrinos (NSNI) com elétrons, usando os efeitos dessas interações tanto na detecção quanto na propagação, de maneira independente do modelo. As NSNI, a baixa energia, foram geradas da invariância pelo grupo de gauge do modelo padrão (SM), evitando os processos de léptons carregados a nível de árvore. Essas NSNI foram somadas às interações a baixa energia descritas pelo SM, razão pela qual consideramos que o efeito das novas interações é de segunda ordem. No caso dos efeitos na detecção , usamos as modificações das NSNI nas seções de choque: do espalhamento elástico de (anti)neutrinos por elétrons e do processo de aniquilação de pares em neutrinos. Para a restrição via seções de choque do espalhamento elástico, usamos experimentos de reatores e aceleradores, e para o caso da seção de choque do processo de aniquilação de pares produzindo neutrinos, usamos os quatro experimentos de LEP. No caso dos efeitos na propagação, calculamos as modificações as probabilidades de oscilação e revisamos as restrições dos parâmetros das NSNI diagonais (FDNI) com elétrons, calculadas na literatura usando experimentos solares mais KamLAND. Os parâmetros das FDNI com muons foram desconsiderados devido ao fato de serem muito restritos pelos processos dos léptons carregados que violam sabor. Dado o número de parâmetros, optamos por fazer a variação de dois deles ao mesmo tempo, fazendo os restantes igual a zero. Para os parâmetros do sabor a = e, incrementamos o número de experimentos em relação à literatura, e encontramos também quatro regiões possíveis restritas pelos experimentos de espalhamento elástico. A inclusão de LEP diminuiu o número de regiões a dois, com o que na análise global obtivemos os valores: -0.06 < e eR ee < 0.04 e - 0.02 < e eL ee < 0.10 (90% C.L.), ao redor do ponto descrito pelo SM, os quais são mais restritivos que os reportados na literatura. Recalculamos os parâmetros do sabor a = ? , e encontramos os valores - 0.47 < ? eRTT < 0.67 e -0.68 < ? eLTT < 0.46 (99% C.L.). Da comparação dos parâmetros restritos com experimentos solares mais KamLAND da literatura com os experimentos terrestres recalculados por nós vimos que são comparáveis. Os valores dos parâmetros, que são menores que a unidade, confirrmam que as NSNI ocupam um papel secundário, onde o SM continua descrevendo os dados / Abstract: We studied the phenomenological constrains of the Non-standard Neutrino Interactions (NSNI) parameters with electrons, using it's e ects in both detection and propagation, in a independent model way. Low energy NSNI were generated from the gauge invariant condition under the standard model (SM) gauge group, without the charged lepton flavor violation process at tree level. The NSNI were added to the effective low energy SM Lagrangian, and that is why we consider it's effect as sub-leading. In the detection case, we used the NSNI modifications to the cross sections: of the elastic scattering of (anti)neutrinos off electrons and the electron positron annihilation producing neutrinos. In the restriction from cross sections of elastic scattering process, we used reactor and accelerator data, and for the cross section of the annihilation process we used the four LEP experiments. For the propagation case, we calculated the modifications to the oscillation probability and we reviewed the restrictions to the diagonal parameters of the NSNI with electrons (FDNI), which were calculated in the literature from solar plus KamLAND data. We did not consider the NSNI for the muon flavor, because it's parameters are very constrained by the upper limits of the charged lepton flavor violating process. Due to the number of parameters, we have decided to make the variation of the two parameters at time, equaling the other two to zero. In order to calculate the parameter of flavor a = e, we added new experiments in relation with the literature and we also found four possible regions limited by the scattering data. By adding LEP data, we reduced the number of regions to two and obtained for the global analysis the parameters: -0.06 < e eR ee < 0.04 e - 0.02 < e eL ee < 0.10 (90% C.L.) calculated from the SM point those parameters are more restrictive than the literature ones. We recalculated the parameters of flavor a = ? and we obtained the values - 0.47 < ? eRTT < 0.67 and -0.68 < ? eLTT < 0.46 (99% C.L.). The parameter constrained with solar plus KamLAND data from the literature are comparable to the terrestrial calculated by us. The parameters values are less than the unity pointed the sub-leading NSNI effect, whereas the SM continue describing the data / Mestrado / Teoria Geral de Partículas e Campos / Mestre em Física

Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-28T02:43:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MouraJunior_CelioAdregade_M.pdf: 3639723 bytes, checksum: 9def42d49a5a71f1e6783a95c8dadf92 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os neutrinos de altíssimas energias, ou seja, com energias maiores que 1016 eV, são produzidos principalmente no decaimento dos píons carregados que podem ser fruto, por exemplo, do decaimento de partículas superpesadas devido a defeitos topológicos ou da interação de prótons, acelerados até altíssimas energias, com raios gama em objetos como Núcleos Ativos de Galáxias. A previsão, segundo a física padrão, é de que menos de 1% dos neutrinos formados nesses objetos, sejam neutrinos do tau, o que faz com que a detecção de neutrinos do tau aqui na Terra, em proporção maior que 1% em relação aos outros sabores, seja um indício de propriedades como massa ou momento magnético para os neutrinos, resultando em fenômenos como oscilação de sabor. Neste trabalho, discutimos um método de como neutrinos do tau poderiam ser univocamente determinados no Observatório Pierre Auger, baseado num evento conhecido com Double Bang. Concluímos que um número muito pequeno de eventos do tipo Double Bang deve ser esperado, segundo modelos utilizando física padrão para calcular o fluxo de neutrinos. Contudo, a detecção de um único evento no Observatório Pierre Auger num intervalo de vários anos pode ser um indício de uma física além do modelo padrão / Abstract:The ultra high energy neutrinos, that means, neutrinos with energies bigger than 1016 eV, are produced mainly in the decays of charged pions that can be originated, for instance, from the decays of super massive particles due to topological defects or from the interaction of accelerated protons up to ultra high energies with gamma rays in objects like Active Galactic Nuclei. The forecast, according to the standard model, is that less than 1% of the neutrinos produced in this objects be tau neutrinos, so that the detection of tau neutrinos here in the Earth in excess of 1% of the total with relation to the other avors, can indicate properties like mass or magnetic moment of the neutrinos, resulting in phenomenon like avor oscillation. In this work, we discussed a method of how tau neutrinos could be uniquely determined with the Pierre Auger Observatory, based on a kind of event called Double Bang. A very small number of events coming from such Double Bangs must be waited according to the ux of neutrinos calculated by the standard particle model. However we conclud that the detection of even a single event of a tau neutrino in the Auger Observatory during a few years of observation, could be a signal for a physics beyond the standard model / Mestrado / Física / Mestre em Física