Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations
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1 Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations Carlo Giunti INFN, Sezione di Torino, and Dipartimento di Fisica Teorica, Università di Torino Neutrino Unbound: 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris Frontiers in Theoretical Neutrino Physics March 2009, Paris, France C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 1
2 Outline Brief Introduction to Neutrino Masses and Mixing Three-Neutrino Mixing and Oscillations Absolute Scale of Neutrino Masses Experimental Neutrino Anomalies Conclusions C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 2
3 Brief Introduction to Neutrino Masses and Mixing Brief Introduction to Neutrino Masses and Mixing Fermion Mass Spectrum Standard Model: Massless Neutrinos Extension of the SM: Massive Neutrinos Lepton Numbers Neutrino Mixing Neutrino Oscillations Two-Neutrino Mixing and Oscillations Three-Neutrino Mixing and Oscillations Absolute Scale of Neutrino Masses Experimental Neutrino Anomalies Conclusions C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 3
4 Fermion Mass Spectrum t m [ev] d u e c s µ ν µ b τ ν τ ν e C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 4
5 Standard Model: Massless Neutrinos ÓÓ Ø Ä Ô Î Ú Ô ¼ Ê Ú Ô Standard Model: L c R =µ no Dirac mass term Ä D m D L R (no R, c L ) Majorana Neutrino: c = c R = R =µ Majorana mass term Ä M m M L c R Standard Model: Majorana mass term not allowed by SU(2) L U(1) Y (no Higgs triplet) C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 5
6 Extension of the SM: Massive Neutrinos Standard Model can be extended with R (e L e R ; u L u R ; d L d R ; ) L + R µ Dirac neutrino mass term Ä D m D LR µ m D 100 GeV surprise: Majorana neutrino mass for R is allowed! total neutrino mass term Ä D+M L c L m M R 0 m D m D m M R Ä M R m M R c L R can be arbitrarily large (not protected by SM symmetries) mr M scale of new physics beyond Standard Model µ mm R md 0 m D diagonalization of µ m 1 ³ (md ) 2, m 2 ³ mr M ν 2 ν 1 see-saw mechanism m D m M R m M R natural explanation of smallness of light neutrino masses massive neutrinos are Majorana! c R R 3-GEN µ effective low-energy 3- mixing [Minkowski, PLB 67 (1977) 42] [Yanagida (1979); Gell-Mann, Ramond, Slansky (1979); Mohapatra, Senjanovic, PRL 44 (1980) 912] C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 6
7 Lepton Numbers Standard Model: Lepton numbers are conserved L e L L (e e ) ( ) ( ) L e L L ( c e e+ ) c ( c + ) L = L e + L + L ¼ ½¼ md ee m D e m D e er Dirac mass term m D LR el L L me D m D m D R me D m D m D R L e, L, L are not conserved, but L is conserved L( «R) = L( L) µ L = 0 ¼ ½¼ mm ee mm e mm e Majorana mass term m M LR c el L L me M m M m M me M m M m M L, L e, L, L are not conserved L(«) c = L( ) µ L = 2 c er R c c R ½ ½ C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 7
8 Neutrino Mixing Ä mass ¼ ½¼ m ee m e m e e m e m m ¼ e «= m e m m diagonalization of mass matrix ½ ¼ = U e1 U e2 U e3 U 1 U 2 U 3 U 1 U 2 U 3 3 k=1 ½ ¼ ½ U «k k («= e ) Ä mass ¼ m m m 3 ½ ¼ ½ = e 3 k=1 ½ m k k k C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 8
9 Neutrino Oscillations [Eliezer, Swift, NPB 105 (1976) 45] [Fritzsch, Minkowski, PLB 62 (1976) 72] [Bilenky, Pontecorvo, SJNP 24 (1976) 316] Ä CC W (el e L + L L + L L) Fields «= k U «k k =µ «= k U «k k States initial flavor: «= e or or k(t x) = e iekt+ipkx k µ «(t x) = k k = U k µ «(t x) = =e =e P «(t x) = «(t x) 2 = «(t x) 2 = U «k e iekt+ipkx k U «k e iekt+ipkx U k k ßÞ Ð «(tx) k U «ke iekt+ipkx U k 2 C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 9
10 ultra-relativistic neutrinos =µ t ³ x = L source-detector distance E k t p k x ³ (E k p k ) L = E2 k p 2 k E k + p k L = P «(LE) = 2 U «k e im2 k L2E U k k = kj U «k U ku «j U j exp m2 k E k + p k L ³ m2 k 2E L i m2 kj L 2E m 2 kj m 2 k m 2 j P «(LE) = Æ «4 Ê U «ku k U «j U j kj ÁÑ U «ku k U «j U j sin + 2 kj sin 2 m 2 kj L 4E m 2 kj L 2E C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 10
11 «= U = Two-Neutrino Mixing and Oscillations 2 k=1 cos sin U «k k («= e ) sin cos ν µ ν 2 ϑ ν e ν 1 e = cos 1 + sin 2 = sin 1 + cos 2 m 2 m 2 21 m 2 2 m 2 1 Transition Probability: P e = P e = sin 2 2sin 2 m 2 L 4E Survival Probabilities: P e e = P = 1 P e C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 11
12 Three-Neutrino Mixing and Oscillations Brief Introduction to Neutrino Masses and Mixing Three-Neutrino Mixing and Oscillations Solar Neutrinos and KamLAND Atmospheric Neutrinos and LBL Three-Neutrino Mixing Allowed Three-Neutrino Schemes Mixing Matrix Absolute Scale of Neutrino Masses Experimental Neutrino Anomalies Conclusions C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 12
13 Solar Neutrinos and KamLAND Nobs/Nexp ILL Savannah River Bugey Rovno Goesgen Krasnoyarsk Palo Verde Chooz KamLAND Distance to Reactor (m) C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 13
14 Atmospheric Neutrinos and LBL p π + π µ + µ e e + νµ νµ νe νµ νµ νe C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 14
15 Solar e Reactor e disappearance Atmospheric Accelerator disappearance ¼ Homestake Kamiokande GALLEX/GNO & SAGE ¼ Super-Kamiokande SNO BOREXino (KamLAND) Kamiokande IMB Super-Kamiokande MACRO Soudan-2 (K2K & MINOS) ½ ½ m 2 SOL ³ (76 02) 10 5 ev 2 tan 2 SOL ³ m 2 ATM ³ (24 01) 10 3 ev 2 sin 2 ATM ³ Two scales of m 2 : m 2 ATM ³ 30 m 2 SOL Large mixings: ATM ³ 45 Æ SOL ³ 34 Æ C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 15
16 Three-Neutrino Mixing «L = 3 k=1 U «k kl («= e ) three flavor fields: e,, three massive fields: 1, 2, 3 m m m 2 13 = m 2 2 m m 2 3 m m 2 1 m 2 3 = 0 m 2 SOL = m2 21 ³ (76 02) 10 5 ev 2 m 2 ATM ³ m 2 31 ³ m 2 32 ³ (24 01) 10 3 ev 2 C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 16
17 Allowed Three-Neutrino Schemes m 2 m 2 ν 3 ν 2 m 2 SOL ν 1 m 2 ATM m 2 ATM ν 2 m 2 SOL ν 1 ν 3 normal inverted different signs of m 2 31 ³ m 2 32 absolute scale is not determined by neutrino oscillation data C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 17
18 Mixing Matrix SOL U e1 U e2 U e3 δm 2 (ev 2 ) 1 Analysis A ν e ν x 90% CL Kamiokande (multi-gev) m 2 21 m2 31 U = U µ1 U µ2 U τ1 U τ2 U µ3 U τ % CL Kamiokande (sub+multi-gev) ATM 10-2 CHOOZ: m 2 CHOOZ = m 2 31 = m2 ATM sin 2 2CHOOZ = 4U e3 2 (1 U e3 2 ) U e % CL 95% CL SOLAR AND ATMOSPHERIC OSCILLATIONS ARE PRACTICALLY DECOUPLED! sin 2 (2θ) [CHOOZ, PLB 466 (1999) 415] [Palo Verde, PRD 64 (2001) ] U e1 2 ³ cos 2 SOL U 3 2 ³ sin 2 ATM U e2 2 ³ sin 2 SOL U 3 2 ³ cos 2 ATM C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 18
19 ¼ U = c 23 s 23 0 s 23 c 23 = ¼ 23 ³ ATM ½¼ Bilarge Mixing c 13 0 s 13 e i Æ s 13 e i Æ13 0 c ³ CHOOZ ½¼ c 12 s 12 0 s 12 c ³ SOL c 12c 13 s 12c 13 s 13e i Æ 13 s 12c 23 c 12s 23s 13e i Æ 13 c 12c 23 s 12s 23s 13e i Æ 13 s 23c 13 s 12s 23 c 12c 23s 13e i Æ 13 c 12s 23 s 12c 23s 13e i Æ 13 c 23c 13 ½¼ ½¼ e i e i e i e i 3 sin 2 12 = sin 2 23 = sin (90% C.L.) [Schwetz, Tortola, Valle, New J. Phys. 10 (2008) ] Hint of [Fogli, Lisi, Marrone, Palazzo, Rotunno, NO-VE, April 2008] [Balantekin, Yilmaz, JPG 35 (2008) ] ½ ½ sin 2 13 = [Fogli, Lisi, Marrone, Palazzo, Rotunno, PRL 101 (2008) ] C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 19
20 Absolute Scale of Neutrino Masses Brief Introduction to Neutrino Masses and Mixing Three-Neutrino Mixing and Oscillations Absolute Scale of Neutrino Masses Mass Hierarchy or Degeneracy? Tritium Beta-Decay Neutrinoless Double-Beta Decay Cosmological Bound on Neutrino Masses Experimental Neutrino Anomalies Conclusions C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 20
21 Mass Hierarchy or Degeneracy? normal scheme inverted scheme 10 0 QUASI DEGENERATE 10 0 QUASI DEGENERATE 10 1 m m2 m1 m [ev ] 10 2 m2 m [ev ] m1 NORMAL SCHEME 10 3 m3 INVERTED SCHEME NORMAL HIERARCHY Lightest Mass: m1 [ev ] INVERTED HIERARCHY Lightest Mass: m3 [ev ] 10 0 m 2 2 = m m 2 21 = m m 2 SOL m 2 3 = m m 2 31 = m m 2 ATM m 2 1 = m 2 3 m 2 31 = m m 2 ATM m 2 2 = m m 2 21 ³ m m 2 ATM Quasi-Degenerate for m 1 ³ m 2 ³ m 3 ³ m Ô m 2 ATM ³ ev C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 21
22 Tritium Beta-Decay 3 H 3 He + e + e K(T) = ÚÙ Ù Ø Õ dγ dt = (coscgf)2 Å 2 F(E)pE (Q T) (Q T) 2 m e Q = M3 H M3 He m e = 1858keV 2 3 Kurie plot dγdt = (coscg F) 2 Å 2 F(E)pE (Q T) Õ 12 (Q T) 2 m 2 e K(T) m νe = m νe = 100 ev T Q m νe Q m e 22eV (95% C.L.) Mainz & Troitsk [Weinheimer, hep-ex/ ] future: KATRIN (start 2012) [arxiv: ] sensitivity: m e ³ 02eV (3y) C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 22
23 Neutrino Mixing =µ K(T) = (Q T) k U ek 2 Õ(Q T) 2 m 2 k 12 Ã Ì µ ¼º¾ ¼º½ ¼º½ ¼º¼ ¼ ½º ½º ½º ½º ½º É Ñ ¾ Í ½ ¾ ¼ Í ¾ ¾ ¼ Ì Ñ½ ½¼ ΠѾ ½¼¼ Î É Ñ ½ analysis of data is different from the no-mixing case: 2N 1 parameters k U ek 2 = 1 if experiment is not sensitive to masses (m k Q T) effective mass: m 2 = k U ek 2 m 2 k K 2 = (Q T) 2 U ek 2 m 1 k 2 ³ (Q T) (Q 2 T)2 U ek mk 2 2 (Q T) 2 k k Õ = (Q T) m 2 ³ (Q T) (Q T) 2 m 2 2 (Q T) 2 C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 23
24 m 2 = U e1 2 m U e2 2 m U e3 2 m NORMAL SCHEME 10 1 INVERTED SCHEME 10 0 Mainz & Troitsk 10 0 Mainz & Troitsk mβ [ev ] 10 1 m3 KATRIN mβ [ev ] 10 1 m1,m2 KATRIN 10 2 m m1 m Lightest Mass: m 1 [ev ] Lightest Mass: m 3 [ev ] Quasi-Degenerate: m 1 ³ m 2 ³ m 3 ³ m =µ m 2 ³ m 2 k U ek 2 = m 2 FUTURE: IF m ev =µ NORMAL HIERARCHY C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 24
25 Neutrinoless Double-Beta Decay 2 + β As 0 + β 76 32Ge β β 0 + Effective Majorana Neutrino Mass: m = k 76 34Se U 2 ek m k C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 25
26 Two-Neutrino Double- Decay: L = 0 Æ(A Z) Æ(A Z + 2) + e + e + e + e Ï Ù (T 2 12 ) 1 = G 2 Å 2 2 second order weak interaction process in the Standard Model Ï Ù Neutrinoless Double- Decay: L = 2 Æ(AZ) Æ(AZ + 2) + e + e (T 0 12 ) 1 = G 0 Å 0 2 m 2 Ï Í Ù effective Majorana mass m = k U 2 ek m k Ñ Í Ï Ù C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 26
27 Effective Majorana Neutrino Mass m = k U 2 ek m k complex U ek µ possible cancellations m = U e1 2 m 1 + U e2 2 e i «2 m 2 + U e3 2 e i «3 m 3 «2 = 2 2 «3 = 2( 3 Æ 13 ) Im[m ββ ] Im[m ββ ] m ββ U e1 2 m 1 α 2 U e3 2 e iα3 m 3 α 3 U e2 2 e iα2 m 2 Re[m ββ ] m ββ U e3 2 e iα3 m 3 α 2 α 3 U e2 2 e iα2 m 2 U e1 2 m 1 Re[mββ ] C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 27
28 Experimental Bounds T y T y T y CUORICINO ( 130 Te) [PRC 78 (2008) ] (90% C.L.) =µ m eV Heidelberg-Moscow ( 76 Ge) [EPJA 12 (2001) 147] T y (90% C.L.) =µ m eV IGEX ( 76 Ge) [PRD 65 (2002) ] (90% C.L.) =µ m eV NEMO 3 ( 100 Mo) [PRL 95 (2005) ] (90% C.L.) =µ m 07 28eV FUTURE EXPERIMENTS COBRA, XMASS, CAMEO, CANDLES m few10 1 ev EXO, MOON, Super-NEMO, CUORE, Majorana, GEM, GERDA m few10 2 ev C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 28
29 Bounds from Neutrino Oscillations m = U e1 2 m 1 + U e2 2 e i «21 m 2 + U e3 2 e i «31 m NORMAL SCHEME 10 1 INVERTED SCHEME mββ [ev] EXP CP violation mββ [ev] EXP CP violation m1 [ev] m3 [ev] FUTURE: IF m 10 2 ev =µ NORMAL HIERARCHY C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 29
30 Experimental Positive Indication [Klapdor et al., MPLA 16 (2001) 2409; FP 32 (2002) 1181; NIMA 522 (2004) 371; PLB 586 (2004) 198] 0 bf T12 = y T12 0 = ( ) 1025 y(3) 42 evidence SSE 2n2b Rosen Primakov Approximation 4 50 Counts/keV 3 2 Counts / kev Q=2039 kev Energy, kev Energy,keV pulse-shape selected spectrum 38 evidence [PLB 586 (2004) 198] the indication must be checked by other experiments 135 Å =µ 022eV m 16eV if confirmed, very exciting (Majorana and large mass scale) C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 30
31 Cosmological Bound on Neutrino Masses neutrinos are in equilibrium in primeval plasma through weak interaction reactions e + ( ) e e ( ) ( ) e N ( ) N en pe ep ne + n pe e weak interactions freeze out Γ weak = N v G 2 F T 5 T 2 M P Ô G N T 4 Ô G N H =µ T dec 1 MeV Relic Neutrinos: T = neutrino decoupling 3 T ³ 1945 K =µ k T ³ ev (T = K) number density: n f = 3 (3) 4 2 g f Tf 3 =µ n k k ³ T 3 ³ 112 cm 3 È n k k m k density contribution: Ω k = ³ 1 m k c= 3H2 c h ev =µ Ω h 2 k = m k 9414 ev 8G N [Gershtein, Zeldovich, JETP Lett. 4 (1966) 120] [Cowsik, McClelland, PRL 29 (1972) 669] h 07, Ω 03 =µ k m k 14 ev C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 31
32 Power Spectrum of Density Fluctuations hot dark matter prevents early galaxy formation [Tegmark, hep-ph/ ] Solid Curve: flat ΛCDM model Dashed Curve: (Ω 0 M = 028 h = 072 Ω0 B Ω0 M = 016) 3 k=1 m k = 1 ev Æ(x 1 )Æ(x 2 ) = P(k) P(k) Æ(x) (x) d 3 k (2) 3 ei k x P( k) small scale suppression 8 Ω 08 Ω m for È k m k 1 ev 01 Ω m h 2 k k nr 0026Ö m Ô Ωm h Mpc 1 1 ev [Hu, Eisenstein, Tegmark, PRL 80 (1998) 5255] C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 32
33 WMAP (First Year), AJ SS 148 (2003) 175, astro-ph/ CMB (WMAP,...) + LSS (2dFGRS) + HST + SN-Ia =µ Flat ΛCDM T 0 = Gyr h = Ω 0 = Ω b = Ω m = Ω h (95% conf.) =µ 3 k=1 m k 071eV WMAP (Five Years), AJS 180 (2009) 330, astro-ph/ CMB + HST + SN-Ia + BAO T 0 = Gyr Ω Ω b = h = (95% C.L.) Ω m = m k 067eV (95% C.L.) N eff = k=1 C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 33
34 Fogli, Lisi, Marrone, Melchiorri, Palazzo, Rotunno, Serra, Silk, Slosar [PRD 78 (2008) , hep-ph/ ] Flat ΛCDM Case Cosmological data set Σ (at 2) 1 CMB 119 ev 2 CMB + LSS 071 ev 3 CMB + HST + SN-Ia 075 ev 4 CMB + HST + SN-Ia + BAO 060 ev 5 CMB + HST + SN-Ia + BAO + Ly«019 ev 2 (95% C.L.) constraints on the sum of masses Σ. C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 34
35 3 3 k=1 k=1 m k 06eV ( 2) CMB + HST + SN-Ia + BAO m k 02eV ( 2) CMB + HST + SN-Ia + BAO + Ly«NORMAL SCHEME INVERTED SCHEME CMB+HST+SN-Ia+BAO CMB+HST+SN-Ia+BAO m [ev ] 10 1 k mk m 3 CMB+HST+SN-Ia+BAO+Lyα m [ev ] 10 1 k mk m 2 m 1 CMB+HST+SN-Ia+BAO+Lyα 10 2 m m FUTURE: IF Lightest Mass: m 1 [ev ] m Lightest Mass: m 3 [ev ] 3 m k ev =µ NORMAL HIERARCHY k=1 C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 35
36 Experimental Neutrino Anomalies Brief Introduction to Neutrino Masses and Mixing Three-Neutrino Mixing and Oscillations Absolute Scale of Neutrino Masses Experimental Neutrino Anomalies LSND MiniBooNE Gallium Radioactive Source Experiments Conclusions C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 36
37 LSND [PRL 75 (1995) 2650; PRC 54 (1996) 2685; PRL 77 (1996) 3082; PRD 64 (2001) ] e L ³ 30m 20MeV E 200MeV Beam Excess Beam Excess p(ν _ µ ν_ e,e+ )n p(ν _ e,e+ )n other L/E ν (meters/mev) m 2 (ev 2 /c 4 ) Karmen Bugey 90% (L max -L < 2.3) 99% (L max -L < 4.6) CCFR NOMAD sin 2 2θ m 2 LSND 02eV2 ( m 2 ATM m 2 SOL ) C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 37
38 MiniBooNE [PRL 98 (2007) ] e L ³ 541m 475MeV E 3GeV Events / MeV Data ν e from µ + ν e from K 0 ν e from K π 0 misid Nγ dirt other Total Background QE E ν (GeV) Excess Events / MeV 0.8 data - expected background best-fit ν µ ν e sin 2θ=0.004, m =1.0eV sin 2θ=0.2, m =0.1eV QE E ν (GeV) [arxiv: ] Low-Energy Anomaly! [arxiv: ] C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 38
39 Gallium Radioactive Source Experiments tests of solar neutrino detectors GALLEX [PLB 342 (1995) 440; PLB 420 (1998) 114] SAGE [PRL 77 (1996) 4708; PRC 59 (1999) 2246; PRC 73 (2006) ; arxiv: ] Sources: e + 51 Cr 51 V + e e + 37 Ar 37 Cl + e Detector: e + 71 Ga 71 Ge + e 1.1 GALLEX Cr1 SAGE Cr p(measured)/p(predicted) GALLEX Cr2 SAGE Ar R Ga = [SAGE, arxiv: ] [SAGE, PRC 73 (2006) ] C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 39
40 Conclusions e with m 2 SOL ³ ev 2 (SOL, KamLAND) with m 2 ATM ³ ev 2 (ATM, K2K, MINOS) Bilarge 3-Mixing with U e3 2 1 (CHOOZ) & 0 Decay and Cosmology =µ m 1eV FUTURE Theory: Why lepton mixing = quark mixing? (Due to Majorana nature of s?) Why only U e3 2 1? Explain experimental neutrino anomalies (sterile s?). Exp.: Measure U e3 0 µ CP viol., matter effects, mass hierarchy. Check experimental neutrino anomalies. Check 0 signal at Quasi-Degenerate mass scale. Improve & 0 Decay and Cosmology measurements. C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 40
41 Hint of 13 0 [Fogli, Lisi, Marrone, Palazzo, Rotunno, NO-VE, April 2008] [Balantekin, Yilmaz, JPG 35 (2008) ] P ( ) e ( ) e ³ sin 2 13 = [Fogli, Lisi, Marrone, Palazzo, Rotunno, PRL 101 (2008) ] 1 sin sin 2 12 SOL low-energy & KamLAND 1 sin sin 2 12 SOL high-energy (matter effect) C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 41
42 0 Decay Majorana Neutrino Mass d d u e ββ 0ν =µ e u d d ββ 0ν u u e e W + W + ν e ν e(h = 1) ν e ν e(h = +1) [Schechter, Valle, PRD 25 (1982) 2951] [Takasugi, PLB 149 (1984) 372] Majorana Mass Term Ä Å el = 1 2 m ee el c el + el el c C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 42
![Lyman-alpha Forest [Springel, Frenk, White, astro-ph/0604561] Rest-frame Lyman «,, wavelengths: 0 «= 121567 Å, 0 = 102572 Å, 0 = 97254 Å Lyman-«forest: The region](/docs-images/94/120170573/images/43-0.jpg "in which only Ly«photons can be absorbed: [(1 + z q) 0 (1 + zq)0 «] C.")
43 Lyman-alpha Forest [Springel, Frenk, White, astro-ph/ ] Rest-frame Lyman «,, wavelengths: 0 «= Å, 0 = Å, 0 = Å Lyman-«forest: The region in which only Ly«photons can be absorbed: [(1 + z q) 0 (1 + zq)0 «] C. Giunti Phenomenology of Neutrino Mixing and Oscillations 17 March 2009, APC Kolloquium, Paris 43
Beyond Three-Neutrino Mixing Carlo Giunti
Beyond Three-Neutrino Mixing Carlo Giunti INFN, Sezione di Torino, and Dipartimento di Fisica Teorica, Università di Torino mailto://giunti@to.infn.it Neutrino Unbound: http://www.nu.to.infn.it νturn 0
Dirac and Majorana Neutrino Masses Carlo Giunti
Dirac and Majorana Neutrino Masses Carlo Giunti INFN, Sezione di Torino, and Dipartimento di Fisica Teorica, Università di Torino Neutrino Unbound: http://www.nu.to.infn.it La Massa dei Neutrini, Padova,
Neutrino Masses Carlo Giunti
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