Neutrinos ultra-energéticos Alberto Gago Medina Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) Coloquio de Física 2 de Junio 2011 basada en parte en JHEP1004:066,2010 (M.Bustamante, A.M.G, C. Peña-Garay)

Neutrinos leptones sin carga que interactúan débilmente con la materia las Tres Familias de la Materia Neutrinos leptones sin carga que interactúan débilmente con la materia 2

Neutrinos (1930) W. Pauli propone una nueva partícula para salvar la incompatibilidad entre el espectro observado (continuo) de la energía del electrón y el esperado (monocromático) (1956)- F. Reines y C.Cowan detectaron por primera vez el neutrino usando la reacción dentro del proyecto que bautizaron como Poltergeist

Neutrino solares-Anomalia Experimentos de neutrinos solares Demostrar fusion en el Sol Primera evidencia de oscilaciones complicated spectrum meant that a variety of solar nu experiments could sort out oscillations as a function of energy and thus measure masses and mixings. note evidence from super-K that nus point to the sun.

Neutrinos solares - Solucion Sudbury Neutrino Observatory ( blanco de D2O ) observa: Corriente cargada Corriente neutra Flujo total de neutrinos solares consistente con el modelo solar nxe → nxe SNO added a new capability… see all active neutrino flavors. and in fact they find they can account for all neutrinos we think should originate from the sun… it’s just that few remain as electron flavor neutrinos!

Neutrinos atmosféricos

Neutrinos atmosféricos Neutrinos atmosféricos observados desde 1978 Déficit de los neutrinos de muon observado por décadas Solución

Oscilaciones de Neutrinos Los neutrinos tienen masas diferentes  oscilaciones de neutrinos Pontecorvo(1958,1969) y Maki et. al. (1962) primeros en sugerir el fenomeno de oscilaciones de neutrinos Oscilaciones 2n

Oscilaciones de neutrinos Probabilidad de oscilación Señales de oscilación Datos de Super-Kamiokande 2004 Kamland: 3MeV neutrinos, 180km MINOS: 3000MeV neutrinos, 735km standard oscillation formula… when you put in hbars and c’s get the usual formulas that push you to long baselines. 10^3 eV^2 means L/E 1000km/GeV matter effects modify this picture somewhat… significantly if electrons are dense in matter Es necesario un sistema de 3 n

Oscilaciones de neutrinos (3) Reactor & LBL Fase de CP Atms & LBL Solar & Reactor No se conoce aún: Limites en q13

Oscilaciones de neutrinos (3) Hamiltoniano de oscilación debido a masa: 11

Simetría CPT

Violación de CPT (CPTV) en el sector de neutrinos D. Colladay and V. A. Kostelecky (Phys. Rev. D58: 116002, 1998) proponen terminos que violan CPT en el sector de neutrinos como: CPT-par CPT-impar Surgen de un rompimiento espontáneo de simetría CPT de teorias de cuerdas

CPTV y oscilaciones de neutrinos

Física no estándar-CPT Consecuencias en la Probabilidad de oscilación

Fuente de neutrinos n Dado que: El HCPTV se torna mas relevante conforme la energia crece Escenario ideal: Nucleos Activos de Galaxia(AGN) donde se pueden producir neutrinos de energías de un orden de 1021 eV. 16

Propagación de Partículas en el Universo gammas protones E>1019 eV ( 150 Mly ) protones E<1019 eV neutrinos Acelerador cosmico fotones PeV (borde de la Galaxia) protones GZK cutoff, 60EeV, 150 Mly Universo opaco para fotones y protones GZK : Greisen-Zatsepin-Kuzmin

Telescopio de Neutrinos

Rayos Cósmicos Composición: mayormente protones y partículas alfa “Knee” 1015 eV, galáctico, SN shocks. “Ankle” 1018eV extragaláctico, Núcleos activos de galaxias Espectro de Energía obedece una ley de potencias:

Aceleradores Cósmicos Criterio de Hillas E : Energía B : Campo Magnético R: Tamaño de la Región G : factor de Lorentz Encima de línea roja: fuentes capaces de acelerar protones hasta energías de 1021 eV Encima de línea verde: fuentes capaces de acelerar nucleos de fierro hasta energías de 1020 eV

Mecanismos de aceleración El espectro de rayos cósmicos se explica a través del choque de aceleración difuso Este se explica a través del mecanismo de Fermi

Núcleos Activos de Galaxias Aceleracion de Fermi Jets Agujero Negro Disco de Acrecion Ondas de Choque Neutrinos producidos en el jet vía:

Escenarios Razones de flujo en la producción (Fe : Fm : Ft ) El típico (1 : 2 : 0) Otros : (0 : 1 : 0) (1 : 0 : 0) Muones absorbidos antes de decaer Fuente de neutrones (Foto desintegración Nuclear)

Flujos en la detección

Flujos en la detección 1:0:0 1:2:0 0:1:0

Flujos en la detección Considerando solo oscilaciones

Análisis Observables 1:2:0 0:1:0 1:0:0

Resultados –Puntos Notables (CPT) 1:0:0 1:2:0 0:1:0

Resultados – Variando l (CPT) Oscilación Estandard 1s Oscilación Estándar 3s

Resultados – (CPT+Decaimiento) Oscilación Estándar 1s Oscilación Estándar 3s

GRACIAS!

Núcleos Activos de Galaxias Centro compacto de muy alta luminosidad en todo el rango del espectro electromagnético Esta radiación es producto de la fricción debido a la rotación del disco de acrecimiento que alimenta de materia que al super masivo agujero negro central (106 masas solares) Eventualmente pueden producir “jets”