Orientador: Orlando Luis Goulart Peres

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Motivados pelos indícios experimentais da existência de um quarto neutrino, que surge nos dados de oscilações coletados nos experimentos de aparecimento e desaparecimento de neutrinos, e pela possibilidade teórica de explicar a pequena massa dos neutrinos através de dimensões extras grandes,...

Resumo: Motivados pelos indícios experimentais da existência de um quarto neutrino, que surge nos dados de oscilações coletados nos experimentos de aparecimento e desaparecimento de neutrinos, e pela possibilidade teórica de explicar a pequena massa dos neutrinos através de dimensões extras grandes, fizemos análises em procura de vestígios destas duas motivações nos experimentos IceCube e KATRIN. A existência deste quarto neutrino implicaria 1) que existem mais neutrinos que os três tipos de neutrinos do Modelo Padrão da física de partículas, 2) que as interações deste novo neutrino não são descritas pelo Modelo Padrão, 3) que os parâmetros da mistura dos três tipos de neutrinos do Modelo Padrão seriam afetados pela mistura com este novo neutrino e 4) que a diferença dos quadrados das massas, ?m^{2}, associada a este neutrino seria grande, ?m^{2} ~1 eV^{2}. Usando os dados de neutrinos atmosféricos de IceCube, podemos indagar pela existência do quarto neutrino, pois para, ?m^{2} ~1 eV^{2} acontece uma conversão de sabor devida ao efeito de matéria sobre o neutrino no intervalo de energias analisado no IceCube. Assim, este efeito de matéria permite-nos pôr limites sobre os parâmetros que governam as oscilações de neutrinos estéreis. O experimento KATRIN procurará medir a massa do neutrino. Esta medida será feita analisando a cinemática dos elétrons emitidos no decaimento beta do Trítio que é uma medida independente do modelo físico, pois está fundamentada na conservação da energia. A presença de estados mais pesados, como os que existem quando neutrinos estéreis estão presentes, nos permitirá vincular estes neutrinos estéreis. Especificamente, analisamos em KATRIN indícios de um e dois neutrinos estéreis e também de dimensões extras grandes

Abstract: Motivated by the experimental evidence of the existence of a fourth neutrino, which arises from the data collected of neutrino oscillations in appearance and disappearance experiments, and by the theoretical possibility to explain the smallness of the mass of the neutrinos through large...

Abstract: Motivated by the experimental evidence of the existence of a fourth neutrino, which arises from the data collected of neutrino oscillations in appearance and disappearance experiments, and by the theoretical possibility to explain the smallness of the mass of the neutrinos through large extra dimensions, we performed analyses in search of seeking indication of these two motivations in the IceCube and KATRIN experiments. The existence of this fourth neutrino would imply 1) that there are more types of neutrinos than the three types of neutrinos present in the Standard Model of particle physics, 2) that this new neutrino interactions are not described by the Standard Model, 3) that the parameters of the three neutrinos mixing would be affected by mixing with this new type of neutrino, and 4) that the squared-mass difference , ?m^{2} associated with this new neutrino would be large, , ?m^{2} ~1 eV^{2}. Using the atmospheric neutrino data from IceCube, we can investigate the existence of the fourth neutrino because a flavor conversion happens in the limit , ?m^{2} ~1 eV^{2} due to the effect of matter on the neutrino in the range of energies analyzed in the IceCube. Thus, this matter effect allows us to constrain the parameters that govern the sterile neutrino oscillations. The KATRIN experiment will seek to measure the neutrino mass. This measure will be performed by analyzing the kinematics of electrons emitted in the tritium beta decay, which is an independent measure of the physical model because it is based on energy conservation. The presence of heavier states such as those that exist when sterile neutrinos are present, will allow us to constrain these sterile neutrinos. Specifically, we analyze in KATRIN evidence of one and two sterile neutrinos and also of large extra dimensions