Поиск темной материи и стерильные нейтрино
DESCRIPTION
Выпускная квалификационная работа на степень бакалавра с тудента 881 группы Шкерина А.В. Поиск темной материи и стерильные нейтрино. Московский физико-технический институт Институт ядерных исследований РАН. Научные руководители: д.ф-м.н ., зав. о тделом ФВЭ Куденко Ю.Г. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/1.jpg)
Поиск темной материи и стерильные нейтрино
Московский физико-технический институтИнститут ядерных исследований РАН
Выпускная квалификационная работа на степень бакалаврастудента 881 группы
Шкерина А.В.
Научные руководители:
д.ф-м.н., зав. отделом ФВЭ Куденко Ю.Г.
м.н.с. Измайлов А.О.
Москва, 2012
![Page 2: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/2.jpg)
2
1. Оценка плотности WIMP’ов в окружающем Солнце пространстве
2. Вычисление скорости захвата WIMP’ов Солнцем 3. Исследование каналов аннигиляции WIMP’ов с
образованием нейтрино 4. Исследование осцилляций образующихся нейтрино
в Солнце с учетом наличия стерильных состояний 5. Расчет плотности потока нейтрино на Земле
План работы:
Будем производить расчеты для ,
в рамках осцилляционной схемы “3+1”:
GeVM )255(
*)
(*): Weakly Interacting Massive Particles
![Page 3: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Функция распределения WIMP’ов в галактике
Стандартная модель Галактического гало (SHM):
Темное гало:
Сферически-симметрично Изотермично
Распределение WIMP’ов по скоростям:
Изотропно Имеет вид Максвелловского
Тогда
Возьмем и . *)
(*):
![Page 4: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Модель захватаРаботаем в рамках SHM. Тогда скорость захвата частиц массивным
сфер.симм. телом радиуса :
capturev Pw ~)(
Вычисляем для H и He4)(wv
Считаем, имеет место только упругое рассеяние
NNv w ~)(
Скорость аннигиляции WIMP’ов: Итак: ~
*)
(*)::
![Page 5: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Численные оценки скорости захватаИнтересуемся зависимостью
С хорошей точностью:
![Page 6: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Аннигиляция WIMP’ов в Солнце
Область аннигиляции
Размер области интенсивной аннигиляции:
Концентрация WIMP’ов в Солнце:*)
(*):
Каналы аннигиляции:
Будем изучать её
Ослабление потока нейтрино без учета осцилляций:
![Page 7: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Осцилляции нейтрино в вакууме
Значения осцилляционных параметров:
Дополнительные значения:
Иерархия осцилляционных длин:
2,
4
ijijosc m
El
Можно использовать 2-флэйворные приближения!
*)
**)
(*):
(**):
1.02sin
12sin
86.02sin
132
232
122
232
23
25212
104.2
106.7
eVm
eVm
223
213 mm
09.0sin
012.0sin
03.0sin
342
242
142
3,2,1,1 22 ieVmis
![Page 8: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Аппроксимация плотности солнечной материи
Экспоненциальная область Линейная область
v
*)
(*):
![Page 9: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Оценка осцилляционных длин для схемы “3+1”
Длина осцилляции нейтрино в веществе:
Где - эффективные значения масс
Rann Rann
При достаточно больших плотностях зависимость от осцилляционных параметров и энергии подавляется:
Все - имеет смысл рассматривать лишь усредненные по всем периодам осцилляции
annm Rl
se
![Page 10: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Локализация резонансных пиков для схемы “3+1”
В 2-флэйворном приближении:
, если смешиваются активные нейтрино
, если смешиваются активное и стерильное нейтрино
На резонансе:
![Page 11: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Локализация резонансных пиков для схемы “3+1”
vрезонанс
резонанс
GeVM )255(
-резонансы появляются лишь при
Итак: При распространении и пучка, поток претерпевает 2 резонанса,
которые следуют друг за другом и не смешиваются.
![Page 12: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/12.jpg)
12
МСВ-эффект и осцилляции в Солнце – общий случай
Адиабатическое приближениеУр-е для флэйворных состояний ультрарелятивистских нейтрино:
Для схемы “3+1”: ,
Переходим в точке r к массовому базису:
Считаем, недиагональные элементы матрицы малы:
Усредняем по всем периодам:
![Page 13: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/13.jpg)
13
МСВ-эффект и осцилляции в Солнце – общий случай
Неадиабатические эффектыВероятности резонансных осцилляций:
Экспоненциальная область Линейная область
Рассмотрим поток , распространяющийся от центра Солнца к его поверхности.
*)
(*):
В отсутствие резонансов:
При наличии резонансов:
Аналогично для :
![Page 14: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Расчет подавления потока мюонных и электронных нейтрино за счет осцилляций
Предположим, что: . Тогда:
Текущие ограничения на в выбранном диапазоне масс:
SI: pb74 1010~
SD: pb1010~ 1
*)
(*):
![Page 15: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Результаты: 1. В рамках SHM и простейшей модели захвата была
вычислена скорость аннигиляции WIMP’ов в Солнце при различных параметрах.
2. Была получена общая формула для осцилляций при адиабатическом распространении пучка, и ее модификация с учетом неадиабатических эффектов.
3. Была вычислена плотность потока электронных и мюонных нейтрино на Земле. Было установлено, что для выбранного диапазона энергий переходы в стерильное состояние не приводят к существенному ослаблению потока.
ME
![Page 16: Поиск темной материи и стерильные нейтрино](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062408/5681359d550346895d9d1178/html5/thumbnails/16.jpg)
Спасибо
за внимание