N e u t r i n o p h e n o m e n o l o g y P i - PowerPoint PPT Presentation

N e u t r i n o p h e n o m e n o l o g y P i l a r C o l o m a H e a v y Q u a r k s a n d L e p t o n s C o n f e r e n c e V i r g i n i a T e c h r d Ma y 2 3 , 2 0 1 6

T a k a a k i K a j i t a A r t h u r B . Mc D o n a l d S u p e r - K a m i o k a n d e S u d b u r y N e u t r i n o C o l l a b o r a t i o n O b s e r v a t o r y C o l l a b o r a t i o n U n i v e r s i t y o f T o k y o , K a s h i w a , Q u e e n ' s U n i v e r s i t y , K i n g s t o n , J a p a n C a n a d a

T h e l e p t o n i c m i x i n g m a t r i x A t m o s p h e r i c R e a c t o r / I n t e r f e r e n c e S o l a r P o n t e c o r v o , 1 9 5 7 Ma k i , N a k a g a w a , S a k a t a , 1 9 6 2 F o r u p - t o - d a t e r e s u l t s a n d / o r p r e c i s e v a l u e s , s e e e . g . w w w . n u - fi t . o r g o r C a p o z z i e t a l , 1 6 0 1 . 0 7 7 7 7 P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 3

Wh a t n e x t ? ● I s t h e r e C P v i o l a t i o n i n t h e n e u t r i n o s e c t o r ? Wh a t i s t h e o r d e r i n g o f n e u t r i n o m a s s e s ? ● F l a v o r p u z z l e ? ● A r e n e u t r i n o s Ma j o r a n a o r D i r a c ? ● A r e t h e r e m o r e t h a n t h r e e n e u t r i n o s ? ● Wh e r e d o n e u t r i n o m a s s e s c o m e f r o m ? I s t h e r e n e w p h e n o m e n o l o g y o u t t h e r e w a i t i n g f o r u s ? ● Wh a t i s t h e a b s o l u t e s c a l e o f n e u t r i n o m a s s e s ? ● I s t h e l i g h t e s t n e u t r i n o m a s s l e s s ? P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 4

Wh a t n e x t ? ● I s t h e r e C P v i o l a t i o n i n t h e n e u t r i n o s e c t o r ? Wh a t i s t h e Long-baseline experiments, o r d e r i n g o f n e u t r i n o m a s s e s ? medium baseline reactor exps, ● F atmospheric neutrino exps l a v o r p u z z l e ? Neutrinoless double beta ● A r e n e u t r i n o s Ma j o r a n a o r D i r a c ? decay/colliders/meson decays ● A r e t h e r e m o r e t h a n t h r e e n e u t r i n o s ? SBND, SOX, SHiP, ... ● Wh e r e d o n e u t r i n o m a s s e s c o m e f r o m ? I s t h e r e n e w Mu → e gamma, p h e n o m e n o l o g y o u t t h e r e w a i t i n g f o r u s ? Mu → e in nuclei Meson decays ● Wh a t i s t h e a b s o l u t e s c a l e o f n e u t r i n o m a s s e s ? KATRIN, Project8, ● I s t h e l i g h t e s t n e u t r i n o m a s s l e s s ? cosmology P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 5

Ma j o r a n a o r D i r a c ? N e w fi e l d s a r e r e q u i r e d t o g i v e n e u t r i n o s a m a s s . T w o m a i n w a y s : 1 ) D i r a c m a s s : a s f o r t h e r e s t o f f e r m i o n s i n t h e S M P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 6

S m a l l n e s s o f n e u t r i n o m a s s e s P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 7

Ma j o r a n a o r D i r a c ? N e w fi e l d s a r e r e q u i r e d t o g i v e n e u t r i n o s a m a s s . T w o m a i n w a y s : 1 ) D i r a c m a s s : a s f o r t h e r e s t o f f e r m i o n s i n t h e S M 2 ) A Ma j o r a n a m a s s . F o r e x a m p l e : P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 8

S c a l e o f n e w p h y s i c s e V k e V Me V G e V T e V G U T C o l l i d e r s L i g h t s t e r i l e B e t a d e c a y n e u t r i n o s L e p t o g e n e s i s L e p t o g e n e s i s Wa r m d a r k m a t t e r T a u a n d m e s o n d e c a y s N e u t r i n o l e s s d o u b l e b e t a d e c a y N o n - S t a n d a r d I n t e r a c t i o n s N o n - S t a n d a r d I n t e r a c t i o n s + c h a r g e d l e p t o n fl a v o r v i o l a t i o n P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 9

Me s o n d e c a y s a n d h e a v y n e u t r i n o s L i f e t i m e o f M 1 F o r i n s t a n c e , A t r e , H a n , P a s c o l i , Z h a n g , 0 9 0 1 . 3 5 8 9 P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 0

L e p t o n fl a v o r v i o l a t i o n H e a v y n e u t r i n o e x c h a n g e c a n e n h a n c e t h e r a t e f o r l e p t o n fl a v o r v i o l a t i n g p r o c e s s e s : P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 1

N e u t r i n o l e s s d o u b l e b e t a d e c a y F i g u r e s f r o m R . S a a k y a n ' s t a l k a t N u P h y s 2 0 1 4 D e p e n d s o n t h e D e p e n d s o n t h e N e w P h y s i c s m o d e l n u c l e u s P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 2

S y n e r g y b e t w e e n e x p e r i m e n t s K a m l a n d - Z e n c o l l . , 1 6 0 5 . 0 2 8 8 9 N e u t r i n o l e s s e ff e c t i v e m a s s : P l a n c k T T + l o w P + B A O : P l a n c k c o l l . , 1 5 0 2 . 0 1 5 8 9 ( S e e a l s o Mi n a k a t a , N u n o k a w a , Q u i r o g a , 1 4 0 2 . 6 0 1 4 , a n d D o d e l s o n , L y k k e n , 1 4 0 3 . 5 1 7 3 ) P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 3

S y n e r g y b e t w e e n e x p e r i m e n t s ? F i g u r e t a k e n f r o m G i u n t i ' s t a l k a t N u P h y s 2 0 1 4 ( s e e a l s o G i u n t i a n d Z a v a n i n , 1 5 0 5 . 0 0 9 7 8 ) P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 4

H i n t s f o r C P v i o l a t i o n ? T h e c o m b i n a t i o n o f c u r r e n t l o n g - b a s e l i n e a n d r e a c t o r d a t a c u r r e n t l y p r o v i d e s a h i n t f o r C P v i o l a t i o n : F i r s t N O v A r e s u l t s , 1 6 0 1 . 0 5 0 2 2 ( F o r T 2 K r e s u l t s s e e 1 3 1 1 . 4 7 5 0 a n d 1 5 0 2 . 0 1 5 5 0 ) P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 5

F l a v o r p u z z l e : w h y p r e c i s i o n ? B a l l e t t , K i n g , L u h n , P a s c o l i , S c h m i d t , 1 4 1 0 . 7 5 7 3 [ h e p - p h ] ( s e e a l s o , e . g . , G i r a r d i e t a l , 1 4 1 0 . 8 0 5 6 a n d 1 5 0 4 . 0 0 6 5 8 , Me l o n i , 1 3 0 8 . 4 5 7 8 ) P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 6

F l a v o r p u z z l e : w h y p r e c i s i o n ? T 2 K + N O v A F u t u r e f a c i l i t i e s C K M p r e c i s i o n S e e e . g . C o l o m a , D o n i n i , F e r n a n d e z - Ma r t i n e z , H e r n a n d e z , 1 2 0 3 . 5 6 5 1 ; C o l o m a , H u b e r , K o p p , Wi n t e r , 1 2 0 9 . 5 9 7 3 P . C o l o m a - N e u t r i n o p h e n o 1 7