MegaTonne

MegaTonne

Durée de vie du proton

neutrinos de supernovae

CERN

Fréjus

CPV neutrinos

C. CavataSaclay

Les projets Tera-grammes

HYPER-KUNO

MenPhys

Collaboration internationaleautour de SuperK

HYPER-K

UNOMenPhys

Cerenkov à eau d’une megatonne

HyperK

48m × 50m ×500m, Masse Totale = 1,2 Mton

Options pour HyperK

# modulesVolumetotal

Volumefiduciel

DensitéPMT

#PMT

1 8 1Mton 0.57Mton 1PMT/m2 100k




•Densité de PM à optimiser pour• tagging pour pK+ search, rejection 0 en e

•Volume à maximiser versus • site, stabilité de la caverne• Cout et durée excavation• Cout et durée de production des photo-senseurs

UNO

52k PMT [10%,40%,10%]

E > [10,5,10] MeV 60m x 60m x 180m

0.648 MT

http://superk.physics.sunysb.edu/nngroup/uno/

MenPhysGrand LSM

70 x 70 x 250106 m3

Masse Totale 1 Mton

Tunnel existant

Future Galerie

de sécurité

LSM

SoutienINFNIN2P3

DAPNIA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

70m x 70m x 250m

GLSM

13 km

Une tradition en France ?

DVP1982-1987

Limites de SuperK τ/B(p→e+π0) > 5.0 × 1033 years (90% CL) τ/B(p→ν K+) > 1.9 × 1033 years (90% CL)Prédictions théoriques interactions à 4 fermions

interactions à 2 fermions – 2 sfermions (SUSY)

　ｇ４ｍｐ４

Γ = : τ(p→e+π0) = 1035±1 years ＭＸ

４

h ４ｍｐ４ ____

Γ = : τ(p→K+ν) = 1029-35 years MHx

2 　ＭＸ2

Temps de vie du proton

Il faut atteindre les 1035 ans !

_


(p e0) >1035ans (90%CL) en 6Mt.yr

BGSK=2.2ev/Mty

UNO-II

(p e0) =1035ans


BG=1ev/Mty

(p K+ ) >2 1034ans(90%CL) en 6Mt.yr

Fréjus

Explosion de SN @ la maison

Fréjus

Explosionau centre

de la Galaxie@ 10kpc

(9 k @ SK)e

_

140k

3±1 SN/siècle …

Explosion de SN en banlieue

La SN1987A

19evts/4kt2k evts/400kt

Trou Noir

Explosion de SN @ Andromède

900 kpc

e

_

17

Oscillation des neutrinos

• 3 masses : m1, m2, m3

• 3 angles de mélanges : 12, 23, 13, • 1 Phase Dirac CP : • Dirac or Majorana ?

•2 Phases Majorana CP : 1,2

Saveur

e

e

Masse

1

mm11 mm22 mm33

Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata

3

2

1CPMPMNSVU

e

100

0

0

0

010

0

0

0

001

U 1212

1212

1313

1313

2323

2323PMNS cs

sc

ces

esc

cs

sci

i

100

0e0

00e

V 2

1

i

i

CPM

CP Dirac Phase ei

)12

(3R)13

(2

R)23

(1

R UPMNS

Ce qu’il reste à mesurer

m212

Solar+KamLAND6.10-5<m2

12(eV2)<2.10-4

KamLAND (5 ans)m2

23 (eV2) = 0.4 10-5

m223

SK+K2K1.3 10-3 <m2

23 (eV2) < 3 10-3

MINOS+OPERAm2

23 (eV2) = 10-4

12 Solar+KamLAND 0.2<sin212<0.5

23 SK 0.9<sin2223<1

13 sin2213<0.1 (CHOOZ)

CP

Mass Hierarchy

Majorana/Dirac

mm<6.6 eV (Mainz)

Violation de CP en neutrinos

1213

12CP

CP

sinsin

2sinsinA

)P(ν)ννP(

)P(ν-)ννP(A

ee

ee

13CP13

2e sinθ

1A ; 2θsin)N(ν

Psol={cos213(1-(1+sin213)sin223 }sin2212sin212

Patm=sin223 sin2213[sin212sin223+cos212sin213]

P(→e)=Patm+ Psol+ PCPC+ PCVP

PCPC = J cos sin12sin13cos23PCPV = J sin sin12sin13sin23J = cos13sin212sin213sin223

Contraindre 13 d’abord !

Violation de CP en neutrinos

1213

12CP

CP

sinsin

2sinsinA

)νP(ν)ννP(

)νP(ν-)ννP(A

ee

ee

Quesaco ?

• Faisceau conventionnel (K2K, CNGS,MINOS) Driver proton P < .4 MW

Cornes

= 2o

Cible

Decay Pipe,K

Faisceauprotons

ACP<< 1 (sin)beaucoup d’événementsHyper-Faisceau

• Super faisceau : conventionnel , avec P ~ 1 MW (JHF Phase I)

• Hyper faisceau : P ~ 4 MW (SPL, JHF-II, OffAxis NUMI, BNL … )

4MW,1Mt2.0yr en 6.8yr en

Limites à 3

>~27o

>~14o

HyperK

A plus long terme

beam

e Li He e

_66

e F Ne e1818

100 GeV SPS

e e

_

e+ e

_ e_

CC -Oscillation e

CC + : WSM

L’usinede

neutrinos

Région à 99% CL pour voir une violation de CP maximale

R&D Photo-senseurs @ Japon M. Shiozawa

(ICRR, Univ. of Tokyo)

1. PM • Augmenter QE

• optimiser matériaux de la cathode,• optimiser la méthode de production

• PM + grands (30-40inch) PMTs

2. photo-détecteurs hybrides (HPD)• photo-cathode + AD(diode à avalanche )• structure simple faible coût ?• résolution en temps ( ～ 1ns)• séparation du « single p.e. »

5 inch HPD prototype5in

ch

sensi

tive a

rea 8

0m

mφ

e

APD 3mmφ, GNDbias voltage 150V

photo-cathode –8kV

100% coll. efficiency cathode 80mmφ 3mmcathode 120mmφ 10mm

• need higher voltage• larger AD• spherical cathode

electron bombarded gain 1000 ×avalanche gain 50 = 50,000

5 inch HPD prototype

pulse height distribution (dark current)

• good single p.e. peak• dark rate is 24kHz

measured quantum efficiency time response

5 inch HPD prototype

Spherical HPD

glass photocathode

reflector

diode-1

diode-2

light

photoelectrons

Lead and support

• high efficiency• simple structure low cost high production rate• pressure resistant

Perlite insulation

≈70 m

h =20 m

Electronic crates

100kT LAr TPC

André Rubbia, ETH Zürich(ICARUS Collaboration)

The “dedicated” cryogenic complex

External complex

Heatexchanger

Joule-Thompsonexpansion valve

W

Q

Argonpurification

Air

Hot GAr

Electricity

Underground complexGAr

LAr

LN2, …

≈300‘000 kg LAr = T300

ICARUS T300 cryostat (1 out of 2)

Run 960, Event 4 Collection Left

25 cm

85 cm

ICARUS T600: cosmic rays on surface

176

cm

434 cm

Run 308, Event 160 Collection Left

265 cm

142 cm

Muon decay

Shower

Hadronic interaction

Cryogenic storage tanks for LNG

Proton decay: Sensitivity vs exposure

pe+0

pK+

1034

1035

1 year exposure !

65 cm

p K+ e

p=425 MeV

Prix actuel20M€/kt

« 0ptimal » schedule for MenPHys

Safety Tunnel

Large Cavity

R&D PMT’s, etc.

PMT’s production

2003 2004 2007 2008 2012 2015 2020

Detector installation

Start Megaton Physics

Hyper-faisceau @ CERN

Procedure :

Beta-beam realization

excavation

excavation

R&D PMT’s, etc

PMT’s production

Detector install.

Start Megaton Physics ………………….

SPL+Super-beam realization

EoI

Year

?

Beta-beam realization ?

studyPre-study

LoI Prop. Approv.

Adapté de Luigi Mosca

Estimation des coûts (NUFACT02)

"Educated guess" DETECTEUR "UNO" 430 M€CAVITE 170 M€SUPERBEAM LINE 60 M€SPL 190 M€

TOTAL 850 M€

OPTION BETA BEAM 450 M€

L'enjeu est de taille pour la communauté scientifique et la région marseillaise. Sur trente ans, près de 10 milliards d'euros seront dépensés pour concevoir et faire tourner à Cadarache une installation capable de mettre l'énergie des étoiles dans une bouteille et développer une source d'énergie quasi inépuisable. Quant au président de la région Provence-Alpes-Côte d'Azur, Michel Vauzelle (PS), dont l'institution est prête à apporter 152 millions d'euros par an au projet pendant dix ans, il estime que c'est d'abord "la qualité du tissu scientifique régional" qui a permis ce choix. Les collectivités locales se sont fortement investies : 46 millions d'euros par an durant une décennie pour la réalisation de toutes les infrastructures nécessaires au réacteur.

Soyons optimistes !!

Assuming null oscillation

SK atmospheric latest results

68% C.L.

90% C.L.

99% C.L.

FC + PC + up-going

combined

Preliminary!

1489 days

Best fit

Assuming oscillation

2min = 170.8/170 d.o.f.

at (sin22 m2)

= (1.0,2.0 x 10-3 eV2)

90% confidence levelallowed region

sin22> 0.9

1.3x10-3 < m2 <3.0x10-3

(eV2)

2 = 445.2/172 d.o.f.

Hayato-san, AAchen 2003

４０ｍ

４１

．４

ｍ

50 kt Cerenkov eau

(22.5 kton volume fiduciel)

11146 (50cm) + 1885 (20cm) PM

•Mesure de E(Oscillation)

•Discrimination /e (apparition)

• 0 rejection (apparition)

SK : Principe de détection

Europe: SPLFrejusG

enev

e

Italy

130km

40kt400kt

CERN

SPL @ CERN2.2GeV, 50Hz, 2.3x1014p/pulse 4MWNow under R&D phase

½ s

in22

~JHF2-HK 1yr

Sensitivity for Mixing Angle

2.3o

1.7o

1o

Le JHF

JHF-1 NuMI K2K

E(GeV) 50 120 12

Int(1012ppp) 330 40 6

Rate(Hz) 0.275 0.53 0.45

P(MW) 0.75 0.41 0.0052

Target Station

Primary Proton beamline

(R=106m)

Beam Axis

SK

280m Near Detector 50GeV PS

Single turn fast extraction

8 bunches/~5s

10-6 Duty cycle

1an=1021POT

Decay

Volume

Estimation des coûts SK UNO

Study of the Cavity

Preliminary Study

3 months (this year)90 k€

30 k€ (IN2P3 + CEA)

30 k€(Regione Piemonte)

30 k€(Région Rhône-Alpes)

Design Study (European Network)

Large Underground International Laboratory

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