Física (Mag.)
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Item Probing CPT breaking induced by quantum decoherence at DUNE(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-06-05) Carrasco Martínez, Juan Carlos; Gago Medina, Alberto MartínWe consider a beyond standard physics scenario, where neutrino is considered as an open quantum system. In order to have that consideration we use the Lindblad master equation, which introduce the quantum phenomena called decoherence. In that context we explore one of the most exotic of its consecuences, the CPT violation. We work in three avor generation case where making the SU(3) decomposition of the operators we encounter that there exist fteen parameters in the decoherence matrix that explicitly violate CPT. Regarding four of those parameteres we choose one case of decoherence which will be tested at DUNE.Item The study of backgrounds and the incoherent contribution for neutrino trident production(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-07-10) Becerra Aguilar, José Antonio; Gago Medina, Alberto MartínWe studied dimuon events arising from trident production, for both coherent and incoherent processes, as well as relevant backgrounds, in order to predict the number of expected events observed in the lifetimes of current and forthcoming neutrino experiments. In particular, for this thesis, we focused in building the implementation of the incoherent contribution within the context of the GENIE montecarlo generator. We also developed relatively detailed GEANT4 geometries for the MINERvA detector as well as the DUNE Near Detector, for the Liquid Argon (LArTPC) and Straw Tube Tracker (STT) proposals. A very careful study of the backgrounds for the incoherent case was carried, in order to complement the study already done for the coherent contribution. Then, we combined the signals for the coherent and incoherent processes to realize a more realistic study of the expected number of events. The ROOT TMVA package for multivariate analysis was then used to filter signal from background. The results are presented in terms of number of events, and are calibrated based on the detector exposure in the lifetime of the MINERvA detector and DUNE Near Detector.Item Matter effects in neutrino visible decay at future long-baseline experiments(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-06-21) Calatayud Cadenillas, Anthony Mard; Gago Medina, Alberto MartínReevaluamos el decaimiento visible de neutrinos en presencia de materia. Estudiamos estos efectos en dos futuros experimentos de long-baseline donde los efectos de materia son relevantes: DUNE (1300 km) y un hipotético haz dirigido hacia ANDES (7650 km). Encontramos que los efectos de materia del componente visible del decaimiento de neutrinos son insignificantes en DUNE, siendo mucho más relevante en ANDES. Realizamos una simulación detallada de DUNE, considerando los canales Vu disappearance y Ve appearance, para ambos modos FHC y RHC. La sensitividad de la constante de decaimiento alpha 3 puede ser tan baja como 2 x 10-6 eV2 a 90% C.L., dependiendo de la masa de los neutrinos y el tipo de acoplamiento. También mostramos el impacto del decaimiento de neutrinos en la determinación de theta23 y deltaCP, y encontrar que el mejor valor de ajuste de theta23 puede moverse desde un valor real en un octante inferior hacia un octante superior.Item Majorana vs Pseudo-Dirac Neutrinos at the ILC(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-06-21) Suarez Navarro, Omar Giancarlo; Jones Pérez, JoelModelos Seesaw de masas de neutrinos a baja escala con una simetría aproximada de número leptónico pueden ser probados en colisionadores. En el modelo mínimo Seesaw Tipo I, implica la existencia de dos fermiones de Majorana pesados altamente degenerados que forman un par Pseudo-Dirac. Una pregunta muy importante es, en qué medida los futuros colisionadores tendrán sensibilidad al splitting entre los componentes de Majorana de este lepton pesado neutro, que señala la ruptura de número leptónico. Consideramos la producción de estos leptones pesados en la ILC, donde sus displaced decays proporcionan una señal de oro: una asimetría forward-backward, que depende crucialmente del splitting de la masa entre los dos componentes de Majorana. Mostramos que este observable puede limitar el splitting de la masa a valores mucho m´as bajos que los límites actuales, que provienen del neutrinoless double beta decay y las loop corrections.Item Neutrino trident production revisited for DUNE-like and MINERVA-like scenarios(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-28) Sánchez Falero, Sebastián de Jesús; Gago Medina, Alberto MartínRevisamos sistemáticamente el proceso de producción de di-muones vía la dispersión de neutrinos en el campo Coulombiano del núcleo, conocido como producción tridente de neutrinos. A pesar de que este proceso tiene una sección de choque pequeña comparada con el proceso de dispersión neutrino-núcleo vía corriente cargada inclusiva en el Modelo Estándar, se caracteriza por una señal experimental muy clara. El par de muones cargados opuestamente es caracterizado investigando sus distribuciones cinemáticas. Para esto, hemos implementado una simulación detallada del proceso de producción tridente de neutrinos en el generador de eventos Montecarlo GENIE; y analizamos y simulamos los backgrounds relevantes. También exploramos métodos de Análisis Multivariado para mejorar la selección de la señal en el contexto de detectores tipo MINERVA y DUNE como representantes de experimentos de neutrinos de aceleradores presentes y venideros.Item Constraining sleptons at the LHC in a supersymmetric low-scale seesaw scenario(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-28) Cerna Velazco, Nhell Heder; Jones Pérez, JoelThe discovery of the Higgs boson in the 8 TeV run of the LHC [1, 2] marks one of the most important milestones in particle physics. Its mass is already known rather precisely: mh = 125.09 ± 0.21 (stat.) ±0.11 (syst.) GeV [3], and the signal strength of various LHC searches has been found consistent with the SM predictions. While this completes the Standard Model (SM) particle-wise, several questions still remain open, for example: (i) Is it possible to include the SM in a grand unified theory where all gauge forces unify? (ii) Is there a particle physics explanation of the observed dark matter relic density? (iii) What causes the hierarchy in the fermion mass spectrum and why are neutrinos so much lighter than the other fermions? What causes the observed mixing patterns in the fermion sector? (iv) What stabilizes the Higgs mass at the electroweak scale? Supersymmetric model address several of these questions and consequently the search for supersymmetry (SUSY) is among the main priorities of the LHC collaborations. Up to now no significant sign for physics beyond SM has been found. The combination of the Higgs discovery with the (yet) unsuccessful searches has led to the introduction of a model class called ‘natural SUSY’ [4–15]. Here, the basic idea is to give electroweak-scale masses only to those SUSY particles giving a sizeable contribution to the mass of the Higgs boson, such that a too large tuning of parameters is avoided. All other particle masses are taken at the multi-TeV scale. In particular, masses of the order of a few hundred GeV up to about one TeV are assigned to the higgsinos (the partners of the Higgs bosons), the lightest stop (the partner of the top-quark) and, if the latter is mainly a left-stop, also to the light sbottom In addition the gluino and the heavier stop masses should also be close to at most a few TeV. Neutrino oscillation experiments confirm that at least two neutrinos have a non-zero mass. The exact mass generation mechanism for these particles is unknown, and both the SM and the MSSM remain agnostic on this topic. Although many ways to generate neutrino mass exist, perhaps the most popular one is the seesaw mechanism [16–21]. The main problem with the usual seesaw mechanisms lies on the difficulty in testing its validity. In general, if Yukawa couplings are sizeable, the seesaw relations require Majorana neutrino masses to be very large, such that the new heavy states cannot be produced at colliders. In contrast, if one requires the masses to be light, then the Yukawas need to be small, making production cross-sections and decay rates to vanish. A possible way out of this dilemma lies on what 3 is called the inverse seesaw [22], which is based on having specific structures on the mass matrix (generally motivated by symmetry arguments) to generate small neutrino masses. This, at the same time, allows Yukawa couplings to be large, and sterile masses to be light. We consider here a supersymmetric model where neutrino data are explained via a minimal inverse seesaw scenario where the gauge-singlet neutrinos have masses in the range O(keV) to O(100 GeV). We explore this with a parametrization built for the standard seesaw, and go to the limit where the inverse seesaw emerges, such that Yukawas and mixings become sizeable. Although non-SUSY versions of this scenario can solve the dark matter and matter-antimatter asymmetry problems [23–25], we shall make no claim on these issues in our model. In view of the naturalness arguments, we further assume that the higgsinos have masses of O(100 GeV), whereas the gaugino masses lie at the multi-TeV scale (see [26] for an example of such a scenario). In addition, we assume all squarks are heavy enough such that LHC bounds are avoided, and play no role in the phenomenology within this work1. In contrast we allow for fairly light sleptons and investigate the extent to which current LHC data can constrain such scenarios. This paper is organized as follows: in the next section we present the model. Section III summarizes the numerical tools used and gives an overview of the LHC analysis used for these investigations. In Section IV we present our findings for the two generic scenarios which differ in the nature of the lighest supersymmetric particle (LSP): a Higgsino LSP and a sneutrino LSP. In Section V we draw our conclusions. Appendices A and B give the complete formulae for the neutrino and sneutrino masses.Item Explorando la sensibilidad de DUNE al decaimiento invisible de neutrinos dentro del contexto de las oscilaciones de neutrinos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-28) Ascencio Sosa, Marvin Vladimir; Gago Medina, Alberto MartínEl fenómeno de oscilaciones de neutrinos ha sido extensamente estudiado experimentalmente y teóricamente en las últimas décadas. Esto no sólo implicó su confirmación sino también la medida de casi todos los parámetros asociados a ésta. Sin embargo, aún quedan pendientes algunas incógnitas por resolver como son la jerarquía de las masas de los neutrinos, la determinación de la fase que viola la simetría carga-paridad, el problema de las degeneraciones, entre otras. Para poder ser resueltos muchos de estos problemas requieren experimentos de gran escala y con la más óptima tecnología para la detección de neutrinos. El experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) tendrá estas capacidades. Este experimento tiene una distancia fuente – detector de 1300km contando con un detector cercano de alta precisión y uno lejano de 40 kton hecho de Argón Líquido. Estas características no sólo permitirán resolver los problemas mencionados sino que además permitirán estudiar, por ejemplo, neutrinos provenientes del colapso de supernovas, así como el decaimiento del protón, entre otros procesos. En esta tesis se ha realizado una revisión detallada de la física de oscilación de neutrinos tanto en vacío como en materia, incorporando a este último el decaimiento invisible de neutrinos. Este fenómeno aunque descartado hoy para la explicación del problema de los neutrinos solares y atmosféricos. Tiene Actualmente una relevancia como un efecto subdominante dentro de las oscilaciones de neutrinos. Haciendo que la probabilidad de oscilación sufra un amortiguamiento. En esta tesis estudiaremos la sensibilidad de DUNE al nuevo parámetro que corresponde al decaimiento invisible de neutrinos. Viendo como distintos valores de este parámetro modifican el espectro de energía producido por los eventos que se observarían en DUNE. Nuestras simulaciones han sido hechas utilizando el paquete GLoBES (General Long Baseline Experiment Simulator) y usando como datos de entrada inputs, distribuciones proporcionadas por el propio experimento.Item Revisitando efectos de decoherencia en las oscilaciones de neutrinos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-11-08) Hernández Goicochea, Sandro Joel; Gago Medina, Alberto MartínEn general, se sabe que una gran variedad de sistemas abiertos pueden ser descritos como subsistemas en interacción con un sistema más grande, llamado ambiente o entorno [1]-[4]. El entorno suele ser considerado un sistema mucho más grande, prácticamente imperturbable ante las interacciones con el sistema abierto, por lo cual, es tomado como invariante en el tiempo. Esto concentra el interés, exclusivamente, en la evolución del subsistema abierto o también llamado reducido. El sistema total, suma del subsistema reducido y entorno, se considera que es un sistema aislado que sigue las reglas usuales de la mecánica cuántica, es decir, realiza una evolución unitaria que conserva la probabilidad. Sin embargo, la evolución del subsistema abierto, sin el entorno, ya no es unitaria, porque al existir interacción con el otro subsistema se desarrollan efectos de dispersión e irreversibilidad. Cuando no hay una correlación inicial entre el subsistema, el entorno y sus interacciones se la considera débil y puede ser descrita en términos de los llamados semigrupos dinámicos cuánticos. Estos son mapeos de la evolución en el tiempo que encierran requerimientos físicos generales como: incremento en la entropía, la composición del tiempo (propiedad de los semigrupos) y positividad completa. La descripción de sistemas abiertos originalmente fue desarrollada para sistemas ópticos-cuánticos. Sin embargo, en este trabajo, nos serviremos de esta teoría para estudiar efectos de decoherencia, en el marco de partículas elementales.Item Impact of Galactic magnetic field modeling on searches of point sources via ultrahigh energy cosmic ray-neutrino correlations(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-07-12) Carpio Dumler, José Alonso; Gago Medina, Alberto MartínWe apply the Jansson-Farrar JF12 magnetic field model in the context of point source searches by correlating the Telescope Array ultrahigh energy cosmic ray data and the IceCube-40 neutrino candidates, as well as other magnetic field hypotheses. Our field hypotheses are: no magnetic field, the JF12 field considering only the regular component, the JF12 full magnetic field, which is a combination of regular and random field components, and the standard turbulent magnetic field used in previous correlation analyses. As expected from a neutrino sample such as IceCube-40, consistent with atmospheric neutrinos, we have found no significant correlation signal in all the cases. Therefore, this paper is mainly devoted to the comparison of the effect of the different magnetic field hypotheses on the minimum neutrino source flux strength required for a 5σ discovery and the derived 90% C.L. upper limits. We also incorporate in our comparison the cases of different power law indices α= 2.2, α=2.5 for the neutrino point source flux. The differences in the 5σ discovery flux for our magnetic field hypotheses is ∼1%–50%, being the maximum difference with the regular JF12 field and standard turbulent field models, being the standard turbulent higher than the regular one, while the minimum is between the no magnetic field and regular JF12 field. Considering the current flux upper limits, we find that IceCube requires a lifetime ≳5 years to observe neutrino-UHECR correlation signals. Our analysis for different power law indices yielded the same relative behavior between different magnetic field models.Item Física de neutrinos de fuentes astronómicas y terrestres(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-02-19) Bustamante Ramírez, Mauricio; Kopp, Joachim; Gago Medina, Alberto MartínEl presente es el resultado de las investigaciones realizadas durante la maestría en física bajo la supervisión de Alberto Gago. Se discutirán brevemente tres trabajos realizados en este periodo con el fin de obtener el grado de Magíster en Física. Durante la última década y media numerosos experimentos han demostrado que los neutrinos se transforman entre sus diferentes sabores al propagarse. Las evidencias de este fenómeno, denominado oscilaciones de neutrinos por su carácter periódico, favorecen la hipótesis de que los neutrinos tienen masa y que los estados de masa y de sabor están relacionados por una matriz no diagonal. Las oscilaciones de neutrinos están caracterizadas por dicha matriz de mezcla y por las diferencias de masas cuadradas entre los diferentes estados de masa. Las entradas de dicha matriz de mezcla, llamada matriz Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (PMNS), han sido medidas con creciente precisión por los experimentos de oscilación de neutrinos solares, atmosféricos, de reactores y de aceleradores. Recientemente se ha logrado medir todos los ángulos de mezcla involucrados en la rotación de los estados de masa, abriendo la posibilidad de observar una fase de violación de CP diferente de cero. Además, se ha establecido que hay, al menos, dos diferencias de masa cuadradas una correspondiente a la escala de oscilación solar y la otra a la atmosférica. Se sabe el orden entre los estados de masas que participan en la oscilación solar, pero no en el caso de la atmosférica. Futuros experimentos pretenden medir con mayor precisión la matriz de mezcla, determinar la jerarquía entre los estados de masa de neutrinos, la existencia de una fase CP y probar o negar la existencia de más estados de masa. La reciente construcción del telescopio de neutrinos IceCube en el polo sur ha impulsado la búsqueda de física nueva en las fuentes astrofísicas vía el flujo de neutrinos de ultra alta energía. Para ello es importante tener un buen conocimiento del flujo esperado, sobretodo, a altas energías, donde existen menos datos. Entre las fuentes de neutrinos de ultra alta energía más importantes se encuentran los núcleos activos de galaxias (NAG). En este contexto, estudiamos el flujo difuso de neutrinos predicho por dos modelos de producción de neutrinos en NAG. Estos modelos asumen como válida la correlación entre las NAG y la dirección de los rayos cósmicos de ultra alta energía hallada por el observatorio Pierre Auger (OPA) en Argentina. Tal que los datos obtenidos sobre los flujos de rayos cósmicos de alta energía en OPA pueden ser usados para estimar los flujos de neutrinos medidos acá en la tierra. No obstante, la relación entre estos dos flujos no es directa sino que en ella intervienen parámetros que dependen del modelo. En este estudio variamos los parámetros de los modelos y comparamos el número de eventos con los límites recientemente impuestos por IceCube. Encontramos que ambos modelos se encuentras desfavorecidos, por los límites actuales, y que en, caso de ser vistos, ellos podrían ser distinguidos con alta significancia. Otra de las búsquedas realizadas por IceCube, en el régimen de los neutrinos de alta energía, son las señales de aniquilación de materia oscura provenientes del Sol. Una propuesta popular es considerar que la materia oscura es un WIMP (Weakly Interacting Massive Particle : Partículas Masivas de Interacción Débil). En este contexto la materia oscura puede ser caracterizada, en primera instancia, por su sección de choque y su masa. En los modelos donde el WIMP posee una sección de choque dependiente del spín (SD) la interacción de la materia oscura local con el Sol puede ser intensa. Esta interacción causaría una acumulación de materia oscura en el centro del Sol. La cual podría aniquilarse en partículas del modelo estándar las cuales, al decaer o interactuar con la materia solar, darían lugar a un flujo de neutrinos activos. Es la esperanza de experimentos como IceCube que dicho flujo de neutrinos sea observable. Hasta el momento no se ha observado dicho flujo, por lo que IceCube ha puesto limites en la sección de choque de la materia oscura. En este trabajo hacemos notar que dichos limites dependen de la forma de oscilación de los neutrinos; la cual conecta el flujo de neutrinos al salir del Sol con el detectado en la Tierra. En este trabajo consideramos modelos de neutrinos estériles. Estos suponen la existencia de sabores adicionales de neutrinos que no interactúan vía el boson Z, pero si se mezclan con los sabores activos afectando la probabilidad de oscilación. Encontramos que las modificaciones de los límites de materia oscura, en varios de estos modelos, son considerables debido a que aparecen nuevas resonancias, inducidas por la materia solar, que magnifican la transición entre neutrinos activos y estériles. Como se ha hecho notar antes, la presencia de materia puede modificar sustancialmente la probabilidad de oscilación de los neutrinos. Usando esta propiedad planteamos un método para detectar regiones de densidad anómala en la corteza de la Tierra. Consideramos el caso en que los neutrinos provienen de un rayo-beta de alta intensidad y un detector de carbono. Estudiamos la capacidad de esta configuración de descubrir cavidades con alto nivel de confianza. Además, en el caso de poder descubrirlas, estudiamos la capacidad que se tiene para medir sus parámetros, i.e. densidad, tamaño y posición. Para ello estudiamos numéricamente cuatro cavidades inspiradas en casos reales : una con una densidad similar al agua, otra de hierro, otra de metales pesados y otra con una densidad de electrones similar a la que, supuestamente, aparece antes de un sismo. Reconstruimos la cavidad en cada uno de los casos mencionados y analizamos la sensibilidad del método a la variación de los parámetros. Adicionalmente, explicamos el comportamiento de nuestros resultados teóricos con un modelo aproximado, llamado "slabs", en el que consideramos que la densidad es constante por tramos en vez de depender continuamente del radio de la Tierra. Finalmente dotamos de movilidad a nuestro detector y hacemos que nuestra fuente de neutrinos sea un haz orientable con el fin de mover el haz para hacer un barrido de toda la corteza terrestre. En este contexto definimos un parámetro que nos permitiría evaluar fácilmente y con alta confianza la presencia de la cavidad.