Exploring Diffuse Supernova Neutrino Background in Hyper-Kamiokande
2023 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Undersökning av diffus supernova-neutrinobakgrund i Hyper-Kamiokande (Swedish)
Abstract [en]
This thesis studies the Diffuse Supernova Neutrino Background (DSNB) that is expected to be detected in the future neutrino detector Hyper-Hamiokande. DSNB refers to the flux which is made up of neutrinos from all past core-collapsing supernova explosions. The ability to determine the mass hierarchy and the ability to determine parameters of the initial flux by using DNSB are investigated. For comparison is the neutrino flux detected in Hyper-Kamiokande coming from a galactic supernova at a distance of 10 kpc calculated and studied. Different aspects of the calculations are varied in order to see how they affect the ability to determine the mass hierarchy.
The result shows that the different models of the initial neutrino flux have the greatest impact on the ability to determine the mass hierarchy. According to the calculations, it will take between 3-36 years of detecting DSNB through inverted beta decay in the range of 16-30 MeV in order to determine the mass hierarchy to the confidence level of 3σ. The possibility of reducing the background noise using neutron tagging can reduce the number of years from 10 to 3 years. The detected spectrum from a single galactic supernova can provide a confidence level within the range of 43σ to 122σ. However, the DSNB can give a significant result regarding the mass hierarchy before a galactic or near-galactic supernova event is possible to detect.
The calculated confidence regions for the parameters of the initial flux show that a galactic supernova spectrum gives at least 30 times better precision than what DSNB collected over 10 years can give. The result also shows that mass hierarchy affects the size of the confidence region and the ability to determine some of the parameters.
Abstract [sv]
Denna uppsats studerar den diffusa supernova-neutrinobakgrunden (DSNB) som förväntas detekteras i den framtida neutrinodetektorn Hyper-Kamiokande. DSNB syftar på det totala flödet av neutriner från alla kärnkollapsande supernovaexplosioner genom Universums historia. Förmågan att bestämma masshierarki för neutriner har undersökts, samt förmågan att bestämma parametrarna för det initiala flödet av neutriner genom att använda DNSB. För jämförelse är också neutrinflödet från en galaktisk supernova på avståndet 10 kpc beräknat och studerat. Olika delar av beräkningen är varierad för att se hur de påverkar förmågan att avgöra masshierarkin.
Resultatet visar att de olika modellerna för det initiala flödet har störst effekt på förmågan att bestämma hierarkin. Enligt beräkningarna kommer det ta 3 till 36 år av att detektera DSNB genom inverterad beta-sönderfall i regionen 16-30 MeV för att avgöra masshierarkin till konfidensnivån 3σ. Möjligheten att minska bakgrundsbruset genom neutrontaggning kan reducera antalet år från 10 till 3 år. Det detekterade spektrumet från en galaktisk supernova kan ge en konfidensnivå mellan 43σ till 122σ. Likväl kan DSNB ge ett signifikant resultat gällande masshierarkin innan en galaktisk eller nära galaktisk supernovaexplosion är möjlig att detektera.
De beräknade konfidensregionerna för det initiala flödets parametrar visar att ett galaktiskt supernovaneutrinospektrum ger minst 30 gånger bättre precision än vad DSNB kan ge under 10 år. Resultatet visar också att masshierarkin påverkar storleken på konfidensregionen och förmågan att bestämma några av parametrarna.
Place, publisher, year, edition, pages
2023.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2023:320
National Category
Physical Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-336506OAI: oai:DiVA.org:kth-336506DiVA, id: diva2:1796308
Subject / course
Physics
Educational program
Master of Science - Engineeering Physics
Supervisors
Examiners
2023-09-122023-09-122023-09-12Bibliographically approved