Utilising the upgraded T2K near detector and developing water-based liquid scintillator technology towards a CP violation measurement in neutrinos

Descripción del proyecto

Mediciones de neutrinos más precisas

El predominio de la materia sobre la antimateria sigue siendo uno de los grandes enigmas de la física de partículas. El experimento T2K y su sucesor, HyperKamiokande, tienen como objetivo investigar la violación de la paridad de carga en los neutrinos. En este sentido, T2K ya ha ofrecido pruebas de la existencia de una violación máxima de la paridad de carga. El éxito de estos dos experimentos depende de reducir las incertidumbres en las mediciones gracias a la mejora del detector cercano ND280. En el proyecto CPT2K2HK, que cuenta con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, se optimizará el ND280 con detectores avanzados para, de este modo, reducir las incertidumbres de las mediciones de neutrinos del 6 al 4 %. Gracias a ello, se mejorarán los datos sobre la sección eficaz de interacción de los neutrinos electrónicos y se promoverá la investigación sobre la violación de la paridad de carga. En el proyecto también se desarrollará un detector de centelleo líquido basado en agua y, a continuación, se evaluará su viabilidad para reducir aún más las incertidumbres en una futura actualización del ND280.

Objetivo

The dominance of matter over antimatter in our universe is an unresolved question in our Standard Model of particle physics. Measuring Charge-Parity violation in neutrino oscillations at long-baseline neutrino experiments is crucial for understanding this phenomenon. The T2K experiment, which is currently operational, and its successor HyperKamiokande, beginning in 2027, are the most sensitive probes for measuring CP violation in neutrinos, and early hints of maximal violation have been published by T2K. There is a discovery potential with the data that will be taken in T2K over the course of this fellowship period if CP violation is indeed maximal, or with precision measurements to be performed using high statistics at HyperK. To achieve this in T2K its recently upgraded near detector, ND280, must be fully utilised, and for the high-statistics precision era in HyperK, further upgrades to ND280 will be needed.
This project aims to characterise and maximise the performance of the upgraded ND280, using the state of the art Super Fine Grain detector and high-angle Time Projection Chambers that were installed with the final goal of reducing systematic uncertainties in neutrino measurements from ~6% to ~4%. The new detectors will be used to perform a measurement of the electron-neutrino cross-section to reduce this as a large systematic uncertainty contribution in CP violation measurements. This measurement will maximise CPV discovery potential in T2K, while the characterisation and methodology will be critical in HyperK to achieve a precision measurement faster.
To reach systematic uncertainties below 3% in HyperK, research into using a large scale water-based liquid scintillator detector in ND280 will be undertaken, including building and characterising prototypes to then establish a sensitivity study for CP violation measurement in HyperK in the next decade.