Search for CP Violation and Precision Measurements in Neutrino Oscillations at the T2K Experiment (Tokai to Kamioka)

• Applicant: Professor Dr. Stefan Roth
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2008 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 52282221

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Das vorliegende von der DFG geförderte Projekt konnte mit großem Erfolg zum Abschluss gebracht werden. In Zusammenarbeit mit den anderen Mitgliedern der T2K-Kollaboration wurden die Neutrinooszillationen bei einem Myonneutrino-Strahl präzise untersucht. Dabei wurde das erste Mal die Umwandlung eines Neutrino-Flavours in ein anderes direkt nachgewiesen. In dem reinen Myonneutrino-Strahl konnten Elektronneutrinos detektiert werden. Die weitere Untersuchung dieser Elektronneutrino-Appearance ermöglichte es, den Wert des Parameters 𝛿𝐶𝑃 der Neutrinooszillationen einzuschränken. Die Messergebnisse deuten inzwischen darauf hin, dass der Parameter 𝛿𝐶𝑃 in einem Bereich liegt, bei dem CP-Verletzung vorliegt. Zu den obigen Ergebnissen des T2K-Experiments trugen die Beiträge der T2K-Gruppe der RWTH Aachen entscheidend bei. Dies ist zunächst der Beitrag zum Aufbau des Experiments, nämlich die Bereitstellung des Magnetbewegungssystems. Die Kalibration der TPC-Daten basiert entscheidend auf den mit den Monitorkammern gewonnen Messwerten von Driftgeschwindigkeit und Gasverstärkung. Schließlich befasste sich die Gruppe mit der Analyse der Endzustände von Neutrino-Wechselwirkungen im Nahdetektor des Experiments. Die hier gewonnenen Ergebnisse erlauben es, die Modelle bei der Wechselwirkung von Neutrinos mit Atomkernen zu überprüfen. Damit werden in Zukunft die systematischen Unsicherheiten der Oszillationsmessungen eingeschränkt werden können. Die Ergebnisse des T2K-Experiments stellen entscheidende Fortschritte im Verständnis des Phänomens der Neutrinooszillationen dar. Die Ergebnisse, insbesondere die kürzlich gewonnenen Aussagen zu möglicher CP-Verletzung im leptonischen Bereich, wurde in der Elementarteilchenphysik mit größtem Interesse aufgenommen. Aber auch außerhalb der Fachwissenschaft stießen die Resultate auf großes Interesse. Insbesondere die Verleihung des hochdotierten Breakthrough-Preises des Jahres 2016 an die Mitglieder der T2K-Kollaboration führte zu großem Echo in der Presse.

Publications

• T2K-II: Proposal of an Extended Run at T2K to 20 × 1021 POT
  K. Abe et al.
  
• Time Projection Chambers for the T2K Near Detectors. Nucl. Instrum. Meth., A 637, 25-46, 2011
  N. Abgrall et al.
  
• Evidence of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam. Phys. Rev. D88, 032002, 2013
  K. Abe et al.
  
• Measurement of Neutrino Oscillation Parameters from Muon Neutrino Disappearance with an Off-axis Beam. Phys. Rev. Lett. 111, 211803, 2013
  K. Abe et al.
  
• Observation of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam. Phys.Rev.Lett. 112, 061802, 2014
  K. Abe et al.
  
• Precise Measurement of the Neutrino Mixing Parameter 𝜃23 from Muon Neutrino Disappearance in an Off-Axis Beam. Phys.Rev.Lett. 112, 181801, 2014
  K. Abe et al.
  
• Measurements of neutrino oscillation in appearance and disappearance channels by the T2K experiment with 6.6×1020 protons on target. Phys.Rev. D91, 072010, 2015
  K. Abe et al.
  
• Upper bound on neutrino mass based on T2K neutrino timing measurements. Phys.Rev. D93, 012006, 2016
  K. Abe et al.
  
• Combined Analysis of Neutrino and Antineutrino Oscillations at T2K. Phys. Rev. Lett. 118, 151801, 2017
  K. Abe et al.
  
• Near Detectors based on gas TPCs for neutrino long baseline experiments, CERN-SPSC-2017-002, 2017
  P. Hamacher-Baumann et al.