Leptonische CP-Verletzung mit dem ESSνSB: Design und Simulation der 4-Horn Target Station

• Antragsteller: Dr. Tamer Tolba, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423761110

Eine fundamentale Fragestellung der heutigen Teilchenphysik ist es, die Baryon-Asymmetrie zu erklären. Eine mögliche Erklärung sind subtile Unterschiede im Verhalten Materie/Anti-materie, ausgedrückt durch die CP-Verletzung, die dann kurz nach dem Urknall zu dem beobachteten materie-dominierten Bild geführt haben. Die Stärke der beobachtete CP-Verletzung im SM reicht dazu allerdings nicht aus. Das Phänomen der Neutrinooszillation, könnte zur Lösung dieses Problems beitragen, sollte es gelingen die eine ausreichend große leptonische CP-Verletzung nachzuweisen. Der Nachweis eines relativ großen dritten Mischungswinkel θ13 in Oszillationsexperimenten mit Reaktoren ermöglicht es die CP-verletzende Phase der Neutrino Mischungsmatrix δ_CP mit Long-Basline-Experimenten zu erfoschen. So ist es z.B. dem T2K-Experiment gelungen fast die Hälfte aller möglichen Werte für δ_CP mit einer Sicherheit von 99,7% (3σ) auszuschließen. Ein Nachweis einer von Null verschiedenen CP-verletzenden Phase blieb aber bisher aus. Daraus ergibt sich die dringende Notwendigkeit, die Nachweisempfindlichkeit der aktuellen Long-Baseline-Experimente zu verbessern, wobei eine wesentliche Änderung darin besteht, die Ferndetektoren auf dem zweiten statt auf dem erste Oszillationsmaximum zu platzieren. Viele der geplanten Detektoren sind solche, die "intensive" Neutrinostrahlen verwenden, wie DUNE in den USA, T2HK in Japan und ESSνSB in Europa. Während das Design des US-amerikanischen und des japanischen Experiments auf eine Messung beim ersten Oszillationsmaximum abzielt, sieht die ESSvSB eine Messung beim zweiten Oszillationsmaximum vor, was zu einer bedeutend höheren Empfindlichkeit gegenüber CP-Verletzungen im Vergleich zu den beiden anderen Experimenten führt. Bevor das Design des ESSνSB-Detektors in Angriff genommen werden kann, müssen mehrere technologische Herausforderungen genau untersucht werden. Unter diesen haben das Design und die Physik der Targetstation und des Neutrinostrahls in dieser Phase des Projekts höchste Priorität. Die UHH vertritt Deutschland in dem Projekt als assoziiertes Mitglied seit September 2019. Das strategische Ziel dieses DFG-Antrags ist es, diesen einzigartigen Beitrag fortzusetzen und, innerhalb der Neutrino-Forschungsgruppe des IEP-UHH fortgesetzt, zu erweitern.Die spezifischen Ziele des Antrags sind: 1- Optimierung des Hadronenkollektor (Horn)-Designs, um die Anzahl der CC-Wechselwirkungen und damit den Neutrinofluss zu erhöhen und das Strahlprofil zu optimieren. 2- Vollständige Strahlungs-, Energiedepositions- und Aktivierungsberechnungen in den verschiedenen Teilen und Abschirmungen der Targetstation. 3- Entwicklung des Basisdesigns für die Targetstation und ihre internen Komponenten. Ich bin der festen Überzeugung, dass eine weitere Beteiligung der UHH an diesem einzigartigen Projekt die Rolle der deutschen Neutrinophysik im Allgemeinen und der UHH im Besonderen auf diesem Gebiet national und international signifikant stärken wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Marcos Dracos, Ph.D.