Volume 61, Number 9, 2011¸ 9 Z 4, pp. 876∼879

Volume 61, Number 9, 2011¸   9 Z 4, pp. 876∼879

New Physics: Sae Mulli (The Korean Physical Society), DOI: 10.3938/NPSM.61.876

GLoBES õ u § T “ Ó Þ” X ¢ X ê s P  ú n ÞV R ËQ   à à ŠŽ Ò Þ
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GLoBES  H ×  æ$ í p   µ 1 ÏÒ q t" é ¶ õ   Ž Ø  ¦ l \  ¦ e ” _ – Ð [ O & ñ # Œ  © œ& h Ü ¼– Ð ×  æ$ í p   z  ´+ « >`  ¦ ½ ¨‰ & ³½ + É Ã º e ”

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13

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µ

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˜d ” # Q: GLoBES, ×  æ$ í p  , ×  æ$ í p   ”  1 l x  ¨ 8 Š  © œÃ º

Study on the Long Baseline Neutrino Oscillation Phenomena by Using GLoBES

Ba Ro Kim · Kyung Kwang Joo ^∗

Institute for the Universe & Elementary Particles,

Department of Physics, Chonnam National University, Gwangju 500-757 (Received 1 June 2011 : accepted 25 July 2011)

GLoBES is a computer-based simulator for the neutrino oscillation caused by setting a neutrino source, baseline and detector. We simulate one of the neutrino oscillation parameters, θ

13

, for a long baseline neutrino experiment. The oscillation probability of a neutrino as a function of distance is estimated under the conditior that a ν

µ

neutrino is made at JPARC in Japan and travels over

∼1200 km to Korea.

PACS numbers: 14.60.Pq

Keywords: GLoBES, Neutrino, Neutrino oscillation parameter

I. ú n ÞV R ËQ   à à ŠŽ Ò Þ
ì Åò & ÿ

1. ú n ÞV R ËQ   (Neutrino)Š ˜ m?

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E-mail: [email protected]

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×

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2. ú n ÞV R ËQ   à à ŠŽ Ò Þ
ì Åò & ÿ (Neutrino Oscillation)

³

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-876-

GLoBES\  ¦ s 6   x ô  Ç  © œ o  ×  æ$ í p   ”  1 l x  ¨ 8 Š ƒ  ½ ¨ – ^ ”  – Ð 1 p x -877-

Table 1. Properties of neutrinos.

Neutrino flavors Upper limit Experiment ν

e

3.0 eV Tritium β decay

ν

µ

190 KeV Pion decay

ν

τ

18.2 MeV Tau decay

Õ

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3. ú n ÞV R ËQ   כ r ÒÆ k È (3 Flavor Mixing)

×

 æ$ í p  [ þ t _  ”  1 l x   ¨ 8 Š S X ‰Ò  ¦“ É r ×  æ$ í p  _  \  -t  ü

< µ 1 ÏÒ q t" é ¶ \ " f_   o  s ü @\ • ¸ Maki-Nakagawa-Sakata (MNS) ' Ÿ § > =\  Ÿ í† < Ê÷ &  H Y >  t _    à º[ þ t _  % ò † ¾ Ó`  ¦ ~ à Î



 H   [3]. y Œ •y Œ •_  ×  æ$ í p  [ þ t“ É r  6 £ § õ  ° ú  “ É r S X ‰Ò  ¦`  ¦ : Ÿ x K 

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U =







U e1 U e2 U e3

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





=







1 0 0 0 c 23 s 23

0 −s ₂₃ c ₂₃













c 13 0 s 13 e ^−iδ 0 1 0

−s 13 e ^−iδ 0 c ₁₃













c 12 s 12 0

−s 12 c 12 0 0 0 1







θ atm θ 13 θ sol

P l→m = |hν m |ν l (t)i| ²

= | X

i

U _li ^∗ U mi e ^−im

²ⁱ

^L/2E | ²

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”

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  · p . s  ×  æ ‰ & ³F  t  θ ¹² , θ 23

° ú

כ“ É r q “ §& h  ¸ ú ˜ 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3  . Õ ª Q
 θ 13 _   â Ä º  © œô  Ç ° ú כ ë

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 3 l w “ ¦ e ”  . s \  ¦ µ 1 ß) €? /l  0 A # Œ [ j>  # Œ Q
 

\

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4. θ 13 • ¤X N Ë

×

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6   x   H ~ ½ ÓZ O s  . " é ¶  § 4  µ 1 τ  ™ è\  ¦ s 6   x ½ + É  â Ä º Ä º 

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„

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\  ¦ › ' a8 £ ¤   H z  ´+ « >\ " f  H 0 A_  MNS ' Ÿ § > =`  ¦ Û  ¦% 3 `  ¦ M :

 
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òõ  † ½ Ó`  ¦ Á ºr    H   H   0 p x  . s M :_  ”  1 l x  ¨ 8 Š S X

‰Ò  ¦“ É r  6 £ § õ  ° ú   .

P ν

_e

→ν

e

∼ = 1 − sin ² 2θ 13 sin ²  ∆m ² ₃₁ L 4E ν



− cos ⁴ θ ₁₃ sin ² 2θ ₁₂ sin ²  ∆m ² ₂₁ L 4E _ν



#

Œl " f, E ν   H ~ ½ ÓØ  ¦ ) a ×  æ$ í p   \  -t s “ ¦, ∆m ² ij   H ¿ º

×

 æ$ í p  _  | 9 | ¾ Ó s  9, L“ É r  o \  ¦
  · p .   " f

”

¸d ” \ " f  o _  s  e ”   H ¿ º  Ž Ø  ¦ l _  ×  æ$ í p    Ž  Ø

 ¦ q “ §\  ¦ : Ÿ x K  θ 13 \  ¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ”  .

-878- ô  Dz D GÓ ü t o † < Æ rt  “D hÓ ü t o ”, Volume 61, Number 9, 2011¸   9 Z 4

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ø Í@ /– Ð 5 Å q l \  ¦ s 6   x ô  Ç ×  æ$ í p    Ž Ø  ¦“ É r 5 Å q l \  ¦ : Ÿ x

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

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¹K ”   . ”  1 l x  ¨ 8 Š S X ‰Ò  ¦“ É r  6 £ § õ  ° ú   .

P _ν

_µ

_→ν

_e

= 4c ² ₁₃ s ² ₁₃ s ² ₂₃ ∆ ₃₁

+8c ² ₁₃ s ₁₃ s ₂₃ c ₂₃ s ₁₂ c ₁₂ sin ∆ ₃₁ cos (∆ ₃₂ + δ) sin ∆ ₂₁

−8c ² ₁₃ s ² ₁₃ s ² ₂₃ s ² ₁₂ cos ∆ 32 sin ∆ 31 sin ∆ 21

+4c ² ₁₃ s ² ₁₂

"

c ² ₁₂ c ² ₂₃ + s ² ₁₂ s ² ₂₃ s ² ₁₃

−2c 12 c 23 s 12 s 23 s 13 cos δ

#

sin ² ∆ 21

−8c ² ₁₃ s ² ₁₃ s ² ₂₃ 1 − 2s ² ₁₃
aL 4E ν

sin ∆ ₃₁

"

cos ∆ 32

− ^{sin ∆} _∆

³¹

31

#

#

Œl " f, a = ^∆m _∆m

²²¹2 31

, ∆ ij = ^∆m

2 ij

L

4E

ν

, s ij = sin θ ij , c ij = cos θ _ij s “ ¦ δ = δ CP – Ð CP violation 0 A © œ \  ¦
  · p .

s

 Qô  Ç 5 Å q l  z  ´+ « >Ü ¼– Ѝ  H t F K“ É r 7 á x « Ñ  ) a { 9 ‘ : r _  K2K z 

´+ « >(1.3 GeV /250 km)õ  Õ ª ƒ   © œ‚   © œ\  e ”   H T2Kz  ´ +

« >(50 GeV / 295 km)s  e ”   [7].

II. S ö o Ú7 _T  Ó Å U ê s0 n É

1. GLoBESŠ ˜ m?

GLoBES ê ø Í General Long Baseline Experiment Sim- ulator _  €  • – Ð" f, t F K  t  ƒ  / å L ô  Ç ×  æ$ í p    Ž Ø  ¦z  ´+ « >

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 ¦  © œÜ ¼– Ð ½ ¨‰ & ³K ^  ¦ à º e ”   H Cƒ  # Q  s Ú Ô Qo  + þ Ad ”  _

 r Ó ý t Y Us ' s   [8]. Heidelberg@ /† < Æ_  P. Huber, J.

Kopp, M. Lindner, W. Winter \  _ K  > hµ 1 Ï÷ &% 3 “ ¦ z  ´] j _

 z  ´+ « >õ  Ä » ô  Ç ×  æ$ í p   µ 1 ÏÒ q t" é ¶ õ   Ž Ø  ¦ l \  ¦  © œÜ ¼

–

Ð [ O & ñ ½ + É Ã º e ”  .

2. GLoBES8 ý  ŒV R Ë

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Q t  [ O & ñ [ þ t s  e ” t ë ß –, ‰ & ³F   H p o  & ñ _   ) a AEDL   { 9

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Fig. 1. (Color online) Schematics of GLoBES.

Fig. 2. (Color online) ν oscillation probability ν µ to ν e .

e ”

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 RENO ü @\ • ¸ NOνA, SPL 1 p x ´ ú §“ É r

×

 æ$ í p   µ 1 ÏÒ q t" é ¶ [ O & ñ  { 9 [ þ t s  ë ß –[ þ t # Q4 R e ”  .

GLoBES C-code library _  % i ½ + ɓ É r  Ž Ø  ¦ l \  K { © œô  Ç .

Cƒ  # Q á Ԗ ÐÕ ªA b ç ×  æ GLoBES library\  ¦   ñØ  ¦ K   6   x 



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6   x`  ¦ : Ÿ x K  ∆m <sup>ij</sup> , θ ij , χ <sup>2</sup> 1 p x _  ° ú כ[ þ t`  ¦ › ¸ Œ • x 9  > í ß –½ + É Ã

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 ¦  9, Ø  ¦§ 4  ) a X <s ' \  ¦ ‚  Z >  # Œ ROOT 1 p x`  ¦ s 6   x K 

 

õ \  ¦ Õ ªw n = à º e ”  .

3. GLoBES ] K ¤• ¤  “ Ó Þ7 `

GLoBES library \  Ÿ í† < Ê÷ &# Q e ”   H  © œ l ‘ : r& h “   † < Êà º

–

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– Ð     
    t  · ú §`  ¦ S X ‰Ò  ¦`  ¦ > í ß –K ï  r  . 5t _  { 9

§ 4   à º  H Y V– Ð œ íl  ×  æ$ í p  ,    o  ) a( ¢ ¸  H Ä »t   ) a)

×

 æ$ í p  , CP sign, ~ ½ ÓØ  ¦ ) a ×  æ$ í p  _  \  -t , ~ ½ ÓØ  ¦" é ¶

\

" f_   o s  .

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 † < Êà º\  ¦ s 6   x K  Õ ª 9‘ : r Fig. 1 _  Õ ªA á ԍ  H : £ ¤& ñ  o 

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" f \  -t     o\    É r ν µ _  ”  1 l x  ¨ 8 Š S X ‰Ò  ¦`  ¦ ˜ Ð# Œï  r

GLoBES\  ¦ s 6   x ô  Ç  © œ o  ×  æ$ í p   ”  1 l x  ¨ 8 Š ƒ  ½ ¨ – ^ ”  – Ð 1 p x -879-

Fig. 3. (Color online) ν oscillation probability ν µ to ν e .

Fig. 4. (Color online) Comparison of survival probability between RENO and KamLAND.



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 ¨ 8 Š S X ‰Ò  ¦ s  1000 km \  q K   © œ@ /& h Ü ¼– Ð Z  } s  `  ¦  



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  c ” s  ô  Dz D G  t  • ¸² ú ˜   H  o \  K { © œ “ ¦, s       õ

\  ¦ s 6   x K  z  ´+ « >Æ Ò”  _  0 p x$ í x 9   { © œ$ í `  ¦ ˜ Ð 9“ ¦ 

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_  \ V– Ð RENOü < KamLAND_   Ž Ø  ¦ l

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III. ~ ¿ W d l

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