Le projet de super faisceau de neutrinos SPL-Fréjus Principe du projet Simulation du faisceau et Calcul du flux de neutrinos Calcul de la sensibilité à.

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1 Le projet de super faisceau de neutrinos SPL-Fréjus Principe du projet Simulation du faisceau et Calcul du flux de neutrinos Calcul de la sensibilité à  13 et  CP Optimisation de la ligne de faisceau Consigné dans hep-ex/0411062, soumis à EPJC.

2 SPL H - (CNGS : 0,4MW ; T2K phase1 : 0,75MW) 2,2GeV 4MW 1Mt

3 Le projet de super faisceau de neutrinos SPL-Fréjus Principe du projet Simulation du faisceau et Calcul du flux de neutrinos Calcul de la sensibilité à  13 et  CP Optimisation de la ligne de faisceau

4 Faisceau de protons : –filiforme –E k =2.2GeV, 3.5GeV, 4.5GeV, 6.5GeV et 8GeV Cible : –Cylindre de 30cm de long,  15mm. – Mercure liquide : Z=80 –1,1.10 16 pot/s@2,2GeV –1MW déposé!!! –FLUKA 2002.4 et MARS Normalisé à 4MW. 2,2GeV3,5GeV4,5GeV  + /s 0,260,290,32 K + /s7,7.10 -4 2,5.10 -3 5,2.10 -3   KK KK KK 0 0,4 0,8 P(GeV/c)

5 2 cornes concentriques 300kA et 600kA Épaisseur des conducteurs : 3mm   B B Les particules sortent un grand angle: = 60°@2,2GeV = 55°@3,5GeV La corne doit entourer la cible. Impulsion transverse des pions. ++ -- P T (GeV/c)

6 34.0 kW 47kW 4MW, 2.2GeV +7kW from Joule effect 13.6kW Solution en cours d’investigation : réduire l’épaisseur d’aluminium (3mm Al) + des renforts. 63kW (8mm Al) Dépot d’énergie dans la corne

7 E ~ 350MeV (p  = 800MeV/c) E ~ 260MeV (p  = 600MeV/c) 2 optimisations ont été étudiées : Optimisation de la forme des cornes Maximum d’oscillation B1B1 B2B2 x NuFact Note 138

8 Le rayon du tunnel modifie l’acceptance Test: R=1m, 1.5m et 2m –1m  2m (L=40)  ,  +50%  e, e +50% à 70% 2m à l’air meilleur Ces résultats vont être vérifiés lors du calcul de la sensibilité à  13 et à  CP La longueur du tunnel modifie la pureté du faisceau. Test :L=10m, 20m, 40m et 60m. –10m  40m  ,  + 50% à 70%  e, e + 50% à 100% –40m  60m  ,  + 5%  e, e + 20% 40m à l’air meilleur Les particules vont se propager sur quelques dizaines de mètres dans un tunnel où le vide existe. Le tunnel débute juste après la corne. Optimisation du tunnel de désintégration

9 Le calcul du flux de neutrinos Faible énergie faible poussée de Lorentz faible focalisation! La simulation requiert un grand nombre d’événements (~10 15 evts!!!) Quand un , un  ou un K se désintègre, la probabilité que le neutrino atteigne le détecteur est calculée –Cette probabilité est utilisée comme poids dans le calcul du flux de neutrinos au Fréjus. –10 6 evts: plus raisonnable!

10 Flux de neutrinos à 100km du CERN des  et  des K 0 des K  Neutrinos provenant 0 0,5 1 E (GeV) 10 10 9 10 11 10 8 /100m 2 /an Focalisation negative   e e Focalisation positive 0 0,5 1 E (GeV) /100m 2 /an 10 12 10 8 10 10 9   e e E k =3,5GeV 0,7.10 19 pot/a E ~300MeV L=40m, R=2m

11 Le projet de super faisceau de neutrinos SPL-Fréjus Principe du projet Simulation du faisceau et Calcul du flux de neutrinos Calcul de la sensibilité à  13 et  CP Optimisation de la ligne de faisceau

12 Détecteur de type UNO: –Cerenkov à eau (analyse à la Super Kamiokande) –440 kt –A proximité du tunnel du Fréjus (130 km du CERN) Conditions de fonctionnement possibles: –5 ans  + –1 an  + + 4 ans  - –2 ans  + + 8 ans  - Les autres paramètres sont:  m 23 = 2.5 10 -3 eV 2  m 12 = 7.1 10 -5 eV 2 sin 2 2  23 = 1.0 sin 2 2  12 = 0.82 Même durée Même statistique Calcul de la sensibilité à  13 et  CP Section efficace CC sur H 2 0 10 -36

13 Le projet de super faisceau de neutrinos SPL-Fréjus Principe du projet Simulation du faisceau et Calcul du flux de neutrinos Calcul de la sensibilité à  13 et  CP Optimisation de la ligne de faisceau

14 Comparaison de l’énergieComparaison des cornes  CP = 0 10 -3 sin 2 2  13  m 2 23 (eV 2 ) 10 -3 E ~260MeV  CP = 0 10 -3 sin 2 2  13 10 -3  m 2 23 (eV 2 ) 5 ans de focalisation positive sin 2 2  13 > 7,1 10 -4 E p = 4.5GeV E =350MeV tunnel : long. 40m rayon 2m 90%CL

15 10 -4 10 -3 10 -4 10 -3 10 -4 5an+ 2an+ 8an- 2an+ 8an- 2.2GeV 3.5GeV 4.5GeV 8GeV -100 -50 0 50 -150 -100 -50 0 -150 300MeV 4.5GeV 350MeV 3.5GeV 260MeV 3.5GeV 10 ans de focalisation mixte Comparaison de l’énergieComparaison des cornes 10 -3 10 -4 sin 2 2  13 > 2,02 10 -3 E p = 3.5GeV E =350MeV tunnel : long. 40m rayon 2m 90%CL

16 Pour le scénario de 10 ans de focalisation mixte, on obtient une sensibilité autours de  13 ~1° On constate une complémentarité avec les faisceaux bêta (  CP >0) Conclusion

17 Super Beam & beta Beam Super Beam & beta Beam 3  discovery potential curves SPL M. Mezzetto Villars SPSC 04  beam Combined This optimisation

18 CONCULSION Sensibilité obtenu : –sin²2  13 <2,02.10 -3 pour le scénario de focalisation mixte de 10 ans –sin²2  13 <0,71.10 -4 pour le scénario de focalisation positive de 5 ans Étude plus poussée de la cible en cours Flux de neutrinos disponible sur http://

19 Conclusion OPERA –Identification des muons efficace à 78,8% dans les événements  –Réjection du bruit de fond charmé : 93,8% SPL-Fréjus –Sensibilité obtenu : sin²2  13 <2,02.10 -3 pour le scénario de focalisation mixte de 10 ans sin²2  13 <0,71.10 -4 pour le scénario de focalisation positive de 5 ans