Düşük Enerjilerde Antinötrino-Elektron Saçılımından, Standart Model Ötesi Yeni Fizik Araştırmaları: Nötrinoların Tensörsel Standart Olmayan Etkileşimleri, Unparticle Fiziği Ve Ekstra Z-Prime Bozon Modelleri

DENİZ ,Muhammed; ZEYREK ,Mehmet Tevfik

Proje Yürütücüsü:

Muhammed DENİZ

(Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, İzmir, Türkiye)

Mehmet Tevfik ZEYREK

(Adres Yazılmamış)

Proje Grubu: TÜBİTAK MFAG ProjeSayfa Sayısı: 0Proje No: 114F374Proje Bitiş Tarihi: 15.04.2017Metin Dili: Türkçe

0 0

Türkçe
İngilizce

Düşük Enerjilerde Antinötrino-Elektron Saçılımından, Standart Model Ötesi Yeni Fizik Araştırmaları: Nötrinoların Tensörsel Standart Olmayan Etkileşimleri, Unparticle Fiziği Ve Ekstra Z-Prime Bozon Modelleri

Öz: Standart Model'in tamamlanması ve yeni fizik araştırmaları için yapılan CERN LHC deneylerinin sonuçlarından görüldüğü üzere, yüksek enerji bölgelerinde yeni fizik için herhangi bir pozitif sinyal gözlemlenememiştir. Bu durum düşük enerjilerde yapılan deneylerin önemini daha da arttırmaktadır. Standart Model ile uyumlu olmayan ve birçok özelliği anlaşılamamış/ölçülememiş olan nötrinolar, Standart Model'in tamamlanması ve yeni fizik araştırmalarında öncü rolü oynamaktadır. Çok düşük enerji ve çok düşük arka plan sinyal düzeylerine ihtiyaç duyan deneylerde yaygın olarak kullanılan Ultra Low Energy-Ultra Low Background (ULE -ULB) yüksek saflıkta (High Purity-HP) Germanyum (Ge) ve Sintilasyon Kristal CsI(Tl) detektörleri bu amaç için çok uygundur. Bu detektörler ile çok düşük enerjiler dâhil olmak üzere düşük arka plan sinyal düzeylerinde ölçümler yapılabilmektedir. Düşük enerji bölgelerine inildikçe elektronik gürültü ile karşılaşılmaktadır ve bu da ölçüm yapılabilecek fiziksel anlamlı en düşük enerji bölgesi diye tanımlanabilecek eşik enerjisini sınırlamaktadır. Detektörün fiziksel özelliklerine, geliştirilen donanım ve yazılımlara bağlı olarak eşik enerjisi değişmektedir. İnilen en düşük enerji bölgesi olan eşik enerjisi, ölçümü yapılabilecek fiziksel problemleri belirlemektedir. Nötrino ve soğuk karanlık madde adayı olarak WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) gibi madde ile çok az etkileşime giren ve özellikleri tam olarak anlaşılamamış, sırları çözülememiş parçacıkları gözlemleyebilmek, bazı özelliklerini ölçebilmek, teorileri ve öngördüğü parametreleri test edebilmek eşik enerjisine ve yapılan ölçümlerin hassasiyetine bağlıdır. Bu proje kapsamında, kolaborasyon üyesi olduğumuz Taiwan'da bulunan Kuo-Sheng Reaktör Nötrino Laboratuarı (KSNL) ve Çin'de bulunan Jing Ping Underground Laboratuarında (CJPL) nötrino ve karanlık madde üzerine deneysel çalışmalar yürüten TEXONO Kolaborasyonu ile düşük enerjilerde antinötrinoelektron ve antinötrino-çekirdek saçılım kanallarından elde edilen verilerin analizi ve Standart Model ötesi yeni fizik araştırmaları yapılması önerilmektedir. KSNL'de yapılan deneylerde elde edilen verilerle, 12.4-64 keV enerji aralığında 1 kg High Purity Germanyum (HP Ge) detektörü ile nötrinoların manyetik momenti ve axion ölçümü; 3-8 MeV enerji aralığında 200 kg CsI(Tl) sintilasyon kristal detektörü ile elektro-zayıf etkileşimi tesir kesiti; etkileşim parametreleri g_V, g_A; sin^2\theta_W ve nötrino yük-yarıçap karesi ölçümü; 220 eV eşik enerjisinde 20 g (4x5 g) Ultra Low Energy High Purity Germanyum (ULE-HP Ge) ile düşük kütleli karanlık madde (WIMP) araştırmaları yapılmıştır. Mevcut veriler kullanılarak Standart Model Ötesi yeni fizik araştırmalarından Nötrinoların Standart Olmayan Etkileşimleri (NSI), Unparticle (UP) Fiziği ve Non-Commutative Fizik çalışmaları yapılarak bağlaşım sabitleri ölçülmüş ve mevcut limitler iyileştirilmiştir. Ayrıca 300 eV-12.4 keV enerji aralığında 500 g Point-Contact Germanyum (PC-Ge) detektörü ile alınan veriler kullanılarak düşük kütleli karanlık madde (WIMP) araştırmaları yapılmış PRL'de yayınlanmıştır. Bu proje kapsamında ise yukarıda bahsedilen deneysel veriler kullanılarak Standart Model Ötesi yeni fizik araştırmaları yapılmıştır. Böylece nötrino-elektron saçılım kanalından düşük enerjilerde Standart Model Ötesi yeni fizik araştırmaları konusunda yeni gelişmelerin elde edilmesi ve mevcut limitlerin iyileştirilmesi mümkün olabilmiştir.

Abstract: Recent studies at CERN LHC experiments have shown that there is not yet any positive signal for a significant deviation from the Standard Model (SM) and which can consequently imply a hint for a physics beyond the SM. Low energy experiments and the data provided by them have therefore significant importance. Neutrinos with properties not yet fully understood nor measured have leading roles in new physics researches to complete the Standard Model. In such experiments at Ultra Low Energy-Ultra Low Background (ULE-ULB), High Purity Germanium (HP-Ge) and scintillation crystals such as CsI(Tl) detectors are deemed appropriate for common use. At low energies electronic background is usually dominant and determines the threshold which in turn defines the border of physical data. The threshold energy depends on the physical properties of the detector, the DAQ system and the software used. This feature of the threshold makes it possible to determine whether the parameters are measurable or not. These detectors at low energy measurements have defined the type and the precision of the measurements. For example, neutrino and the dark matter candidate WIMP (weakly Interacting Massive Particle) are very weakly interacting particles with matter and measurements on the interactions by these particles strictly depend on the threshold energy and precision of the detectors. As a member of TEXONO Collaboration which performs neutrino and dark matter experiments at Kuo-Sheng Reactor Neutrino Laboratory (KSNL) in Taiwan and Jing Ping Underground Laboratory (CJPL) in China, we plan in this project to perform the data analysis at low energies using antineutrino-electron elastic scattering as well as antineutrino-nucleus coherent scattering channels and then look for new physics beyond the Standard Model. We are currently a member of the TEXONO collaboration in Taiwan and are conducting experimental efforts at the KSNL. At KSNL we have participated in neutrino magnetic moment and axion measurements using 1 kg HP Ge detector at 12.4-64 keV region (Wong vd., 2007; Chang vd., 2007); electroweak interaction cross section measurements; couplings gV , gA; weak mixing angle sin2 θW and charge radius squared measurements using 200 kg CsI(Tl) detector at 3 – 8 MeV region (Deniz ve Wong, 2008; Deniz vd., 2009; Deniz vd., 2010; Deniz vd., 2010; Deniz ve Wong, 2011; Deniz, 2012; Beringer vd., 2014). At 220 eV threshold low mass dark matter (WIMP) search is also performed using 20 g (4 × 5 g) ULE-HP Ge detector (Lin vd., 2009). We have also performed a number of measurements on new physics beyond the Standard Model, where measurement of coupling constants was performed and limits in Non-Standard Interactions (NSI) of neutrinos, in Unparticle Physics (UP) (Deniz vd., 2010) and in Non Commutative Physics (Bilmis vd., 2012) were derived. The new data is at 300 eV – 12.4 keV region and is collected by using 500 g Point Contact (PC) Ge detectors. There is already one important study performed and finalized with this data where a new limit is proposed for the low mass WIMP and is published recently at PRL (Li vd., 2013). In this project we planned to initiate a research program that aims to study new physics beyond the Standard Model using the existing KSNL data. This would give further development in the studies beyond the Standard Model physics and update the limits at low energies.

Kaynakça girilmemiştir.