Determination of neutrino mass ordering from Supernova neutrinos with Hyper-Kamiokande
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Bestämning av neutrinomassordning med supernovaneutriner i Hyper-Kamiokande (Swedish)
Abstract [en]
Neutrino signals can help investigate the inherent characteristics of both neutrinos and cosmic objects. In particular, neutrinos from core-collapse supernovae can provide insights about neutrino mass ordering, which is the aim of this report. The neutrino emission from a generic supernova is considered, including the collective flavor conversion effects that develop as the neutrinos propagate. The expected flux to be detected through the inverse beta decay channel of the next-generation detector, Hyper-Kamiokande, is utilized to investigate the neutrino mass ordering.
Using a time and shock-front dependent density matter profile and a varying self-interaction potential, the flavor evolution of neutrinos and antineutrinos was studied in the context of both mass ordering schemes. The different contributions governing the flavor evolution were noted and compared. A relation describing the total count of detected events as a function of the postbounce time was put forward.
The consequent results assert that in the least optimistic scenario analyzed in this report, one can distinguish between the orderings with a confidence level larger than 11σ, which is a statistically significant conclusion.
Abstract [sv]
Neutrinosignaler kan hjälpa till att undersöka de inneboende egenskaperna hos både neutriner och kosmiska objekt. Särskilt kan neutriner från kärnkollapssupernovor ge insikter om neutrinomassornas ordning, vilket denna rapport syftar till. Neutrinoemissionen från en generisk supernova beaktas, inklusive de kollektiva smakomvandlingseffekter som utvecklas när neutrinerna propagerar. Det förväntade flödet som ska detekteras genom den inversa betasönderfallskanalen i nästa generations detektor, HyperKamiokande, kan användas för att undersöka neutrinomassornas ordning.
Med hjälp av en tids- och chockfrontsberoende densitetsprofil samt en varierande självinteraktionspotential studeras neutriners och antineutriners smakutveckling i samband med båda massordningsfallen. De olika bidrag som styr smakutvecklingen noteras och jämförs. Ett samband som beskriver det totala antalet detekterade händelser som en funktion av tiden efter studsen presenteras.
Resultaten visar att i det minst optimistiska scenariot som analyserats i denna rapport kan massordningarna skiljas åt med en konfidensnivå större än 11σ, vilket vore statistiskt signifikant.
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2024:373
Keywords [en]
supernova neutrinos, collective effects, neutrino mass ordering
Keywords [sv]
supernova neutriner, kollektiva smakomvandlingseffekter, neutrinomassornas ordning
National Category
Physical Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-354502OAI: oai:DiVA.org:kth-354502DiVA, id: diva2:1903820
Subject / course
Physics
Educational program
Master of Science - Engineering Physics
Supervisors
Examiners
2024-10-112024-10-072024-10-11Bibliographically approved