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Astrofísica de neutrinos con altas energías Ignacio Taboada Georgia Institute of Technology LaCoNGA J Yang Presentación Pregrado: Universidad Simón Bolívar (1994) PhD: Universidad de Pennsylvania (2002) Prof. Asistente: Universidad Simón Bolívar (2002 - 2004) Postdoc: U.C. Berkeley (2005 – 2008) Georgia Tecn (2008 – hoy) SNO (1997 – 1998) AMANDA (1998 – 2002) IceCube (1998 – Hoy) HAWC (2010 – 2017) LaCoNGA | Ignacio Taboada 2 Material para hoy ¿Qúe son los neutrinos? Interacción de los neutrinos con la materia ¿Cómo producir neutrinos de altas energías? Rayos Cósmicos Oscilaciones de neutrinos ¿Por qué estudiar astrofísica de neutrinos de altas energías? Aceleración de Fermi LaCoNGA | Ignacio Taboada 3 ¿Qué es una partícula? Una partícula es un estado cuantico. Puede tener números cuánticos definidos … Un electrón tiene spin ½. … O no tener números definidos. Un nucleón es una mezcla cuántica arbitraria de un protón y un neutrón. No tiene carga electrica definida o proyección de isospin (I3) definido. Los neutrinos son partículas elementales. LaCoNGA | Ignacio Taboada 4 Partículas elementales Hg g Z W Bosones de Calibre Higgsu d c s t bQ u a rk s e ne µ nµ t n tL e p to n e s LaCoNGA | Ignacio Taboada 5 ¿Altas energías? 106103 109 1012 Energy (eV) 1 (keV) (MeV) (GeV) (TeV) Rayos XUV Rayos Gamma V is ib le Fermi LAT IceCube 1015 (PeV) HAWC VERITAS / CTA El Sol AceleradoresN e u tr in o s Fermi GBM Supernovae Reactores Nucleares Neutrinos Atmosféricos La Tierra Neutrinos de Alta Energía LaCoNGA | Ignacio Taboada 6 Interacciones de neutrinos Si una interacción es possible o no se puede determinar utilizando cantidades conservadas. Las interacciones débiles conservan la carga y el número leptónico. Hay más cantidades conservadas, pero ignoremos eso ahora. Le Lµ Lt 1 0 0 0 1 0 0 0 1 e − , νe <latexit sha1_base64="25Ho5j0nRjyNP9kDk8fPnGXgxJ0=">AAAB83icbVDLSgNBEJz1GeMr6tHLYBA8aNiVgBEvAS8eI5gHZNcwO+lNhszOLvMQwpLf8OJBEa/+jDf/xkmyB00saCiquunuClPOlHbdb2dldW19Y7OwVdze2d3bLx0ctlRiJIUmTXgiOyFRwJmApmaaQyeVQOKQQzsc3U799hNIxRLxoMcpBDEZCBYxSrSVfHi8OPdvsC9MD3qlsltxZ8DLxMtJGeVo9Epffj+hJgahKSdKdT031UFGpGaUw6ToGwUpoSMygK6lgsSggmx28wSfWqWPo0TaEhrP1N8TGYmVGseh7YyJHqpFbyr+53WNjmpBxkRqNAg6XxQZjnWCpwHgPpNANR9bQqhk9lZMh0QSqm1MRRuCt/jyMmldVrxq5fq+Wq7X8jgK6BidoDPkoStUR3eogZqIohQ9o1f05hjnxXl3PuatK04+c4T+wPn8AauzkMo=</latexit> µ − , νµ <latexit sha1_base64="1N3Rx7RRJglGbFn6FiQwNLJAUbU=">AAAB+XicbVDLSgMxFM3UV62vUZdugkVwoWVGClbcFNy4rGAf0BmHTJq2oUlmyKNQhv6JGxeKuPVP3Pk3pu0stPXAhZNz7iX3njhlVGnP+3YKa+sbm1vF7dLO7t7+gXt41FKJkZg0ccIS2YmRIowK0tRUM9JJJUE8ZqQdj+5mfntMpKKJeNSTlIQcDQTtU4y0lSLXDbh5urwIbmEgTGQfkVv2Kt4ccJX4OSmDHI3I/Qp6CTacCI0ZUqrre6kOMyQ1xYxMS4FRJEV4hAaka6lAnKgwm28+hWdW6cF+Im0JDefq74kMcaUmPLadHOmhWvZm4n9e1+h+LcyoSI0mAi8+6hsGdQJnMcAelQRrNrEEYUntrhAPkURY27BKNgR/+eRV0rqq+NXKzUO1XK/lcRTBCTgF58AH16AO7kEDNAEGY/AMXsGbkzkvzrvzsWgtOPnMMfgD5/MHXbCS1Q==</latexit> τ − , ντ <latexit sha1_base64="JLrZCx2SCecjTQ/gsfxx3YBHzyA=">AAAB+3icbVDLSsNAFJ34rPUV69LNYBFcaEmkYMVNwY3LCvYBTQyT6aQdOpmEeYgl9FfcuFDErT/izr9x0mahrQcunDnnXubeE6aMSuU439bK6tr6xmZpq7y9s7u3bx9UOjLRApM2TlgieiGShFFO2ooqRnqpICgOGemG45vc7z4SIWnC79UkJX6MhpxGFCNlpMCueArph/Mz7xp6XAf5K7CrTs2ZAS4TtyBVUKAV2F/eIME6JlxhhqTsu06q/AwJRTEj07KnJUkRHqMh6RvKUUykn812n8ITowxglAhTXMGZ+nsiQ7GUkzg0nTFSI7no5eJ/Xl+rqOFnlKdaEY7nH0WaQZXAPAg4oIJgxSaGICyo2RXiERIIKxNX2YTgLp68TDoXNbdeu7qrV5uNIo4SOALH4BS44BI0wS1ogTbA4Ak8g1fwZk2tF+vd+pi3rljFzCH4A+vzB++tk7k=</latexit> Le Lµ Lt -1 0 0 0 -1 0 0 0 -1 ν̄e, e + <latexit sha1_base64="tgBVibDBCzFLrVTmAsOq/e0mozM=">AAAB+3icbVDLSsNAFJ34rPUV69LNYBEEpSRSsOKm4MZlBfuAJpbJ9KYdOpmEmYlYQn7FjQtF3Poj7vwbp4+Fth64cDjnXu69J0g4U9pxvq2V1bX1jc3CVnF7Z3dv3z4otVScSgpNGvNYdgKigDMBTc00h04igUQBh3Ywupn47UeQisXiXo8T8CMyECxklGgj9eySFxCZeSLNe3DuXWN4OOvZZafiTIGXiTsnZTRHo2d/ef2YphEITTlRqus6ifYzIjWjHPKilypICB2RAXQNFSQC5WfT23N8YpQ+DmNpSmg8VX9PZCRSahwFpjMieqgWvYn4n9dNdVjzMyaSVIOgs0VhyrGO8SQI3GcSqOZjQwiVzNyK6ZBIQrWJq2hCcBdfXiati4pbrVzdVcv12jyOAjpCx+gUuegS1dEtaqAmougJPaNX9Gbl1ov1bn3MWles+cwh+gPr8wf+j5O+</latexit> ν̄µ, µ + <latexit sha1_base64="TBARCzUbCrLS1QO9WiU064ZgPDA=">AAAB/3icbVDLSsNAFJ3UV62vqODGzWARBKUkUrDipuDGZQX7gCaGyXTSDp1MwjyEErvwV9y4UMStv+HOv3HaZqGtBy73cM69zJ0TpoxK5TjfVmFpeWV1rbhe2tjc2t6xd/daMtECkyZOWCI6IZKEUU6aiipGOqkgKA4ZaYfD64nffiBC0oTfqVFK/Bj1OY0oRspIgX3ghUhkHtfjwIv1mXcFTbs/DeyyU3GmgIvEzUkZ5GgE9pfXS7COCVeYISm7rpMqP0NCUczIuORpSVKEh6hPuoZyFBPpZ9P7x/DYKD0YJcIUV3Cq/t7IUCzlKA7NZIzUQM57E/E/r6tVVPMzylOtCMezhyLNoErgJAzYo4JgxUaGICyouRXiARIIKxNZyYTgzn95kbTOK261cnlbLddreRxFcAiOwAlwwQWogxvQAE2AwSN4Bq/gzXqyXqx362M2WrDynX3wB9bnD0P8lZg=</latexit> ν̄τ , τ + <latexit sha1_base64="8QvFkgGlHYLcx5BvQK05h2twano=">AAACAXicbVDLSsNAFJ3UV62vqBvBzWARBKUkUrDipuDGZQX7gCaGyXTaDp1MwjyEEurGX3HjQhG3/oU7/8ZJm4W2Hrjcwzn3MnNPmDAqleN8W4Wl5ZXVteJ6aWNza3vH3t1ryVgLTJo4ZrHohEgSRjlpKqoY6SSCoChkpB2OrjO//UCEpDG/U+OE+BEacNqnGCkjBfaBFyKRelxPAk8hfeZdwazfnwZ22ak4U8BF4uakDHI0AvvL68VYR4QrzJCUXddJlJ8ioShmZFLytCQJwiM0IF1DOYqI9NPpBRN4bJQe7MfCFFdwqv7eSFEk5TgKzWSE1FDOe5n4n9fVql/zU8oTrQjHs4f6mkEVwywO2KOCYMXGhiAsqPkrxEMkEFYmtJIJwZ0/eZG0zitutXJ5Wy3Xa3kcRXAIjsAJcMEFqIMb0ABNgMEjeAav4M16sl6sd+tjNlqw8p198AfW5w/bZpZ8</latexit> LaCoNGA | Ignacio Taboada 7 Interacciones de neutrinos con la materia Los neutrinos interactuan directamente con otros leptones. Noten que estos vertices básicos conservan números leptónicos y carga. Las interacciones con hadrones, son mediadas por bosones W o Z. νl W l − ν̄l l + W Corriente Cargada Z 0 Corriente Neutra νl νl tiempo LaCoNGA | Ignacio Taboada 8 Interacciones de neutrinos con la materia (incompleto) Z 0 X Corriente Cargada Corriente Neutra e − <latexit sha1_base64="ZtKKMzZ9qz5W7TLkIZTa6jrHNHc=">AAAB6nicbVDLSgNBEOyNrxhfUY9eBoPgxbArAeMt4MVjRPOAZA2zk95kyOzsMjMrhJBP8OJBEa9+kTf/xkmyB00saCiquunuChLBtXHdbye3tr6xuZXfLuzs7u0fFA+PmjpOFcMGi0Ws2gHVKLjEhuFGYDtRSKNAYCsY3cz81hMqzWP5YMYJ+hEdSB5yRo2V7vHxolcsuWV3DrJKvIyUIEO9V/zq9mOWRigNE1Trjucmxp9QZTgTOC10U40JZSM6wI6lkkao/cn81Ck5s0qfhLGyJQ2Zq78nJjTSehwFtjOiZqiXvZn4n9dJTVj1J1wmqUHJFovCVBATk9nfpM8VMiPGllCmuL2VsCFVlBmbTsGG4C2/vEqal2WvUr6+q5Rq1SyOPJzAKZyDB1dQg1uoQwMYDOAZXuHNEc6L8+58LFpzTjZzDH/gfP4A5/iNig==</latexit> ν̄e <latexit 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sha1_base64="gAbHh9zEkkFQhDB8XihKVy6vRCU=">AAAB6HicbVBNS8NAEJ3Ur1q/qh69LBbBU0lEsN4KXjy2YD+gDWWznbRrN5uwuxFK6C/w4kERr/4kb/4bt20O2vpg4PHeDDPzgkRwbVz32ylsbG5t7xR3S3v7B4dH5eOTto5TxbDFYhGrbkA1Ci6xZbgR2E0U0igQ2Akmd3O/84RK81g+mGmCfkRHkoecUWOlZndQrrhVdwGyTrycVCBHY1D+6g9jlkYoDRNU657nJsbPqDKcCZyV+qnGhLIJHWHPUkkj1H62OHRGLqwyJGGsbElDFurviYxGWk+jwHZG1Iz1qjcX//N6qQlrfsZlkhqUbLkoTAUxMZl/TYZcITNiagllittbCRtTRZmx2ZRsCN7qy+ukfVX1rqu3zetKvZbHUYQzOIdL8OAG6nAPDWgBA4RneIU359F5cd6dj2VrwclnTuEPnM8ftpeM3g==</latexit> Aquí representa un estado hadrónico. Sección Eficaz pR2 : Sección geométrica pb2 : Sección eficaz La sección eficaz puede ser definida en Teoría de Campos para describir interacciones de partículas pR2 Lancemos asteroides hacia la Tierra apagando la gravitación. pb2 > pR2 Lancemos asteroides hacia la Tierra con gravitación. b LaCoNGA | Ignacio Taboada 10 Sección eficaz neutrinos-materia Materia: ”promedio” de interacción con protones y neutrones, más la resonancia de Glashow con electrones. La sección eficaz se puede relacionar con la densidad (numérica de nucleones) del material y el camino libre medio: Formaggio J.A., Zeller G.P. Rev. Mod. Phys. 84, 1307 (2012) σ = 1 nλ <latexit sha1_base64="5miEBP6Y1ckdGsvQvgltGCgP7aw=">AAACBHicbVDLSsNAFJ3UV62vqMtuBovgqiQiWBdCwY3LCvYBTSg3k0k7dDIJMxOhhC7c+CtuXCji1o9w5984bbPQ1gMDh3Pu4c49QcqZ0o7zbZXW1jc2t8rblZ3dvf0D+/Coo5JMEtomCU9kLwBFORO0rZnmtJdKCnHAaTcY38z87gOViiXiXk9S6scwFCxiBLSRBnbVU2wYA77GXiSB5O40Fx43+RCmA7vm1J058CpxC1JDBVoD+8sLE5LFVGjCQam+66Taz0FqRjidVrxM0RTIGIa0b6iAmCo/nx8xxadGCXGUSPOExnP1dyKHWKlJHJjJGPRILXsz8T+vn+mo4edMpJmmgiwWRRnHOsGzRnDIJCWaTwwBIpn5KyYjMGVo01vFlOAun7xKOud196J+dXdRazaKOsqoik7QGXLRJWqiW9RCbUTQI3pGr+jNerJerHfrYzFasorMMfoD6/MHWjOX6Q==</latexit> n = NAAρ <latexit sha1_base64="isjV39LbthOcjSMInHZ0lasc7uc=">AAAB9XicbVBNSwMxEJ2tX7V+VT16CRbBU9kVwXoQWrx4kgr2A9q1ZNNsG5pNliSrlKX/w4sHRbz6X7z5b0zbPWjrg4HHezPMzAtizrRx3W8nt7K6tr6R3yxsbe/s7hX3D5paJorQBpFcqnaANeVM0IZhhtN2rCiOAk5bweh66rceqdJMinszjqkf4YFgISPYWOlBoCt026uhGuqqoewVS27ZnQEtEy8jJchQ7xW/un1JkogKQzjWuuO5sfFTrAwjnE4K3UTTGJMRHtCOpQJHVPvp7OoJOrFKH4VS2RIGzdTfEymOtB5Hge2MsBnqRW8q/ud1EhNW/JSJODFUkPmiMOHISDSNAPWZosTwsSWYKGZvRWSIFSbGBlWwIXiLLy+T5lnZOy9f3p2XqpUsjjwcwTGcggcXUIUbqEMDCCh4hld4c56cF+fd+Zi35pxs5hD+wPn8ATeykQc=</latexit> LaCoNGA | Ignacio Taboada 11 IceCube Sección eficaz neutrinos-materia En la Tierra, el flujo de neutrinos solares es: 1010 cm-2s-1 Tomemos 106 eV como la energía típica. La sección eficaz es 2x10-18 mb = 2x10-45 cm2 Para el plomo: A = 82 ; r = 11.34 gr/cm3 El camino libre medio en plomo es: 9x1017 cm = 1 año-luz Formaggio J.A., Zeller G.P. Rev. Mod. Phys. 84, 1307 (2012) σ = 1 nλ <latexit sha1_base64="5miEBP6Y1ckdGsvQvgltGCgP7aw=">AAACBHicbVDLSsNAFJ3UV62vqMtuBovgqiQiWBdCwY3LCvYBTSg3k0k7dDIJMxOhhC7c+CtuXCji1o9w5984bbPQ1gMDh3Pu4c49QcqZ0o7zbZXW1jc2t8rblZ3dvf0D+/Coo5JMEtomCU9kLwBFORO0rZnmtJdKCnHAaTcY38z87gOViiXiXk9S6scwFCxiBLSRBnbVU2wYA77GXiSB5O40Fx43+RCmA7vm1J058CpxC1JDBVoD+8sLE5LFVGjCQam+66Taz0FqRjidVrxM0RTIGIa0b6iAmCo/nx8xxadGCXGUSPOExnP1dyKHWKlJHJjJGPRILXsz8T+vn+mo4edMpJmmgiwWRRnHOsGzRnDIJCWaTwwBIpn5KyYjMGVo01vFlOAun7xKOud196J+dXdRazaKOsqoik7QGXLRJWqiW9RCbUTQI3pGr+jNerJerHfrYzFasorMMfoD6/MHWjOX6Q==</latexit> n = NAAρ <latexit sha1_base64="isjV39LbthOcjSMInHZ0lasc7uc=">AAAB9XicbVBNSwMxEJ2tX7V+VT16CRbBU9kVwXoQWrx4kgr2A9q1ZNNsG5pNliSrlKX/w4sHRbz6X7z5b0zbPWjrg4HHezPMzAtizrRx3W8nt7K6tr6R3yxsbe/s7hX3D5paJorQBpFcqnaANeVM0IZhhtN2rCiOAk5bweh66rceqdJMinszjqkf4YFgISPYWOlBoCt026uhGuqqoewVS27ZnQEtEy8jJchQ7xW/un1JkogKQzjWuuO5sfFTrAwjnE4K3UTTGJMRHtCOpQJHVPvp7OoJOrFKH4VS2RIGzdTfEymOtB5Hge2MsBnqRW8q/ud1EhNW/JSJODFUkPmiMOHISDSNAPWZosTwsSWYKGZvRWSIFSbGBlWwIXiLLy+T5lnZOy9f3p2XqpUsjjwcwTGcggcXUIUbqEMDCCh4hld4c56cF+fd+Zi35pxs5hD+wPn8ATeykQc=</latexit>La detección de neutrinos require instrumentos enormes LaCoNGA | Ignacio Taboada 12 ¿Cómo producir neutrinos de alta energía? También se producen neutrinos en decaimientos beta. Por ejemplo La escala nuclear (1 MeV) es baja comparada con el tema de estudio. Fermilab, EEUU protones Blanco piones π + → µ + + νµ π − → µ − + ν̄µ <latexit sha1_base64="HUJf2azWc1coI6q2q8ffT7DLsqQ=">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</latexit> π 0 → γ + γ <latexit sha1_base64="0pffdRO3oQdgZ5vfyQeTPBzOw8M=">AAACCnicbZDLSsNAFIYnXmu9RV26GS2CIJRECtZdwY3LCvYCTSwn00k6dCYJMxOllK7d+CpuXCji1idw59s4bbPQ1h8GPv5zDmfOH6ScKe0439bS8srq2npho7i5tb2za+/tN1WSSUIbJOGJbAegKGcxbWimOW2nkoIIOG0Fg6tJvXVPpWJJfKuHKfUFRDELGQFtrK595KXszsGeZFFfg5TJA/YiEALwWQ5du+SUnanwIrg5lFCuetf+8noJyQSNNeGgVMd1Uu2PQGpGOB0XvUzRFMgAItoxGIOgyh9NTxnjE+P0cJhI82KNp+7viREIpYYiMJ0CdF/N1ybmf7VOpsOqP2Jxmmkak9miMONYJ3iSC+4xSYnmQwNAJDN/xaQPEog26RVNCO78yYvQPC+7lfLlTaVUq+ZxFNAhOkanyEUXqIauUR01EEGP6Bm9ojfryXqx3q2PWeuSlc8coD+yPn8A9OeZyA==</latexit> µ − → e − + νµ + ν̄e µ + → e + + ν̄µ + νe <latexit sha1_base64="tTtwlTRyQ+uqlRnBnQkaMWlEIBg=">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</latexit> p+ p → ⇢ p+ p+ π 0 p+ n+ π + <latexit sha1_base64="sUnKc4QQAr/fRMzs2orMMHGdvRA=">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</latexit> p+ n → ⇢ p+ n+ π 0 p+ p+ π − <latexit sha1_base64="dxSuYbPVpDl4wkv9P+OGgjkvwTA=">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</latexit> 40 K → 40 Ca+ e − + ν̄e <latexit sha1_base64="QDON4e8sLBpjAwG5Im7XCbQ0f/U=">AAACGHicbVBNSwMxEM36WetX1aOXYBEEse5KQb0JvQheKlhb6K5lNp22wWx2SbJKWfozvPhXvHhQxGtv/hvTtQe/HszweG+GZF6YCK6N6344M7Nz8wuLhaXi8srq2nppY/Nax6li2GCxiFUrBI2CS2wYbgS2EoUQhQKb4W1t4jfvUGkeyyszTDCIoC95jzMwVuqUDm+yqju6oL7i/YEBpeJ7mks1oPsUbw5s90NQmS/TUQdpp1R2K24O+pd4U1ImU9Q7pbHfjVkaoTRMgNZtz01MkIEynAkcFf1UYwLsFvrYtlRChDrI8sNGdNcqXdqLlS1paK5+38gg0noYhXYyAjPQv72J+J/XTk3vJMi4TFKDkn091EsFNTGdpES7XCEzYmgJMMXtXykbgAJmbJZFG4L3++S/5Pqo4lUrp5fV8tnJNI4C2SY7ZI945JickXNSJw3CyAN5Ii/k1Xl0np035/1rdMaZ7myRH3DGn5vPnj0=</latexit> LaCoNGA | Ignacio Taboada 13 ¿Cómo producir neutrinos de alta energía? En general, la producción de neutrinos de altas energías en aceleradores, la atmósfera o en objetos astrofísicos sigue el patron explicado antes (llamado Beam Dump). Las partículas aceleradas pueden ser product de un acelerador o rayos cósmicos. El blanco puede ser un bloque de grafito en un experimento, la atmósfera o materia cerca de fuentes de rayos cósmicos. Las fuentes de rayos cósmicos son fuentes de neutrinos p+ p → piones <latexit sha1_base64="h/n4Q8iRKddvrH3kGswQPR6H4uw=">AAACCnicbVDLSgMxFM3UV62vUZduokUQhDIjBeuu4MZlBfuAdiiZNNOGJpOQZJQydO3GX3HjQhG3foE7/8ZMOwttPRA4nHMuufeEklFtPO/bKaysrq1vFDdLW9s7u3vu/kFLi0Rh0sSCCdUJkSaMxqRpqGGkIxVBPGSkHY6vM799T5SmIr4zE0kCjoYxjShGxkp991jCcyhhT9HhyCClxAPscWRGiqfSBoie9t2yV/FmgMvEz0kZ5Gj03a/eQOCEk9hghrTu+p40QYqUoZiRaamXaCIRHqMh6VoaI050kM5OmcJTqwxgJJR9sYEz9fdEirjWEx7aZLamXvQy8T+vm5ioFqQ0lokhMZ5/FCUMGgGzXuCAKoINm1iCsKJ2V4hHSCFsbHslW4K/ePIyaV1U/Grl6rZartfyOorgCJyAM+CDS1AHN6ABmgCDR/AMXsGb8+S8OO/OxzxacPKZQ/AHzucPIKuakg==</latexit> LaCoNGA | Ignacio Taboada 14 ¿Cómo producir neutrinos de alta energía? En ambientes astrofísicos, el blanco también puede ser fotones. En este caso, la interacción procede vía una resonancia delta. Los neutrinos astrofísicos son producidos en interacciones p-p o p-gamma. p+ γ → ∆ + → ⇢ p+ π 0 n+ π + <latexit sha1_base64="VlBmSlbj1p/+VtsiD801QhPmS+Q=">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</latexit> LaCoNGA | Ignacio Taboada 15 Rayos cósmicos - Descubiertos en 1912. Victor Hess Nobel 1936 LaCoNGA | Ignacio Taboada 16 Rayos Cósmicos Protones, helio y nucleos más pesados. Incidencia aproximadamente isotrópica. El espectro es de la forma (no es térmico): 1.6x1019 eV = 1 Joule! Discutiremos las fuentes en la siguiente clase. Pero en general, son desconocidas. In fl u e n ci a S o la r Origen galáctico O rigen Extragaláctico dN dE ∝ E −α LaCoNGA | Ignacio Taboada 17 Oscilaciones de neutrinos Los neutrinos son auto-estados de la interacción debil. Estos neutrinos NO son autoestados libres. Los autoestados libres son . La transformación de base más genérica (casi) en un espacio de Hilbert en 3 dimensiones puede ser escrita como (matríz PMNS) Los ángulos son conocidos como ángulos de oscilación. La fase está relacionada con violación de simetría CP. νe, νµ, ντ ν1, ν2, ν3 νe νµ ντ = U ν1 ν2 ν3 U = cos θ12 sin θ12 0 − sin θ12 cos θ12 0 0 0 1 1 0 0 0 cos θ23 sin θ23 0 − sin θ23 cos θ23 cos θ13 0 sin θ13e iδ 0 1 0 − sin θ13e iδ 0 cos θ13 LaCoNGA | Ignacio Taboada 18 Oscilaciones de neutrinos Vamos a calcular oscilaciones en 2 dimensiones para simplificar. Llamemos n1 , n2 los autoestados libres. Y na , nb los autoestados de interacción. Salvo una fase global, la matriz de cambio de base más general en 2D es: Calculemos la probabilidad de producir neutrinos tipo a y observar neutrinos tipo b LaCoNGA | Ignacio Taboada 19 U = ✓ cos θ sin θ − sin θ cos θ ◆ <latexit sha1_base64="ZcQDqHDeeFlddAt+irMx+l3OB2U=">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</latexit>Oscilaciones de neutrinos En la fuente se producen neutrinos tipo a. Este estado también puede ser escrito en la base de propagación como: Después de propagación libre un tiempo t, el estado es (. ): La probabilidad de observar el estado b después de un tiempo t es: Usando t = L: LaCoNGA | Ignacio Taboada 20 |να >= cos θ|ν1 > +sin θ|ν2 > e −iHt|να >= cos θe −iE1t|ν1 > +sin θe −iE2t|ν2 > <latexit sha1_base64="SE0E3140YQbQulAwhPhGM3PZCHA=">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</latexit> ~ = 1 c = 1 <latexit sha1_base64="jJVKjE4MBFeqnddYJ+lvVB1bzDo=">AAAB+nicbVBNS8NAEJ3Ur1q/Uj16WSyCp5JIwUopFLx4rGA/oAlls922SzebsLtRSuxP8eJBEa/+Em/+G7dtDtr6YODx3gwz84KYM6Ud59vKbWxube/kdwt7+weHR3bxuK2iRBLaIhGPZDfAinImaEszzWk3lhSHAaedYHIz9zsPVCoWiXs9jakf4pFgQ0awNlLfLnrjAEtUd5FX82qI1N2+XXLKzgJonbgZKUGGZt/+8gYRSUIqNOFYqZ7rxNpPsdSMcDoreImiMSYTPKI9QwUOqfLTxekzdG6UARpG0pTQaKH+nkhxqNQ0DExniPVYrXpz8T+vl+hh1U+ZiBNNBVkuGiYc6QjNc0ADJinRfGoIJpKZWxEZY4mJNmkVTAju6svrpH1Zdivl67tKqVHN4sjDKZzBBbhwBQ24hSa0gMAjPMMrvFlP1ov1bn0sW3NWNnMCf2B9/gBe/ZId</latexit> P (να → νβ) = | < νβ |e −iHt|να > | 2 <latexit sha1_base64="4+zMLxc6y53Yy2HOwLlNhm16NeA=">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</latexit> P (να → νβ) = | < νβ |e −iHL|να > | 2 <latexit sha1_base64="7rUE+m5ZC35Ag6HqIGamEuFFCeU=">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</latexit> Oscilaciones de neutrinos Utilizando el estado final: Y un poco de trigonometría: Ahora observemos que la masa de los neutrinos es muy pequeña: LaCoNGA | Ignacio Taboada 21 |νβ >= − sin θ|ν1 > +cos θ|ν2 > P (να → νβ) = sin 2 2θ sin2 (E2 − E1)L 2 <latexit sha1_base64="lsXwNhw4SSTVHmBb5DLHvi1BKi8=">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</latexit> E2 − E1 = q m2 2 + |~p|2 − q m2 1 + |~p|2 <latexit sha1_base64="Ksat1u3W5GwfnpNvTfDbVboORzM=">AAACK3icbVDLSgMxFM3UV62vqks3wSII0jJTCtaFUJSCywr2Ae10yKSZNjSTGZNMoUz7P278FRe68IFb/8P0AWrrgQuHc+7l3nvckFGpTPPdSKysrq1vJDdTW9s7u3vp/YOaDCKBSRUHLBANF0nCKCdVRRUjjVAQ5LuM1N3+9cSvD4iQNOB3ahgS20ddTj2KkdKSk74qO3mYhWXHgpewJe+Fiv12XmtncNQaEByH41E7P4bZH89a8Jx0xsyZU8BlYs1JBsxRcdLPrU6AI59whRmSsmmZobJjJBTFjIxTrUiSEOE+6pKmphz5RNrx9NcxPNFKB3qB0MUVnKq/J2LkSzn0Xd3pI9WTi95E/M9rRsor2jHlYaQIx7NFXsSgCuAkONihgmDFhpogLKi+FeIeEggrHW9Kh2AtvrxMavmcVchd3BYypeI8jiQ4AsfgFFjgHJTADaiAKsDgATyBV/BmPBovxofxOWtNGPOZQ/AHxtc3TDelZA==</latexit> p m2 + |~p|2 ≈ p(1 + m 2 2p2 ) <latexit sha1_base64="rUmUwgTdSKJJFGmss4s6h+jeUqc=">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</latexit> E2 − E1 ≈ m2 2 −m2 1 2p ≈ ∆m2 21 2E <latexit sha1_base64="/aTXZwt71vgTKhnqgIuC5w/vzjA=">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</latexit> E ∼ p <latexit sha1_base64="RctjvPhj2q8HxnIz5Fh101BX+tc=">AAAB73icbVBNSwMxEJ3Ur1q/qh69BIvgqeyKYL0VRPBYwX5Au5Rsmm1Dk+yaZIWy9E948aCIV/+ON/+NabsHbX0w8Hhvhpl5YSK4sZ73jQpr6xubW8Xt0s7u3v5B+fCoZeJUU9aksYh1JySGCa5Y03IrWCfRjMhQsHY4vpn57SemDY/Vg50kLJBkqHjEKbFO6tzinuESJ/1yxat6c+BV4uekAjka/fJXbxDTVDJlqSDGdH0vsUFGtOVUsGmplxqWEDomQ9Z1VBHJTJDN753iM6cMcBRrV8riufp7IiPSmIkMXackdmSWvZn4n9dNbVQLMq6S1DJFF4uiVGAb49nzeMA1o1ZMHCFUc3crpiOiCbUuopILwV9+eZW0Lqr+ZfX6/rJSr+VxFOEETuEcfLiCOtxBA5pAQcAzvMIbekQv6B19LFoLKJ85hj9Anz8twI9m</latexit> Oscilaciones de neutrinos De modo que: Observaciones: Las oscilaciones son posibles sólo si los neutrinos tienen masas distintas. En general, las oscilaciones dependen de todos los parámetros: Pero en muchos casos (neutrinos atmosféricos, etc.), el caso 2D es buena aproximación. LaCoNGA | Ignacio Taboada 22 ∆m 2 21 , ∆m 2 13 , θ12, θ13, θ23, δ P (να → νβ) = sin 2 2θ sin2 ∆m 2 21 L 4E <latexit sha1_base64="jHYMHtu2zHnkDwl27ly23IaVk5w=">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</latexit> Oscilaciones de neutrinos – distancias astrofísicas En el límite Pero, en este caso, si es apropriado usar los 3 savores. Para distancias astrofísicas: (sin demostración) LaCoNGA | Ignacio Taboada 23 L → ∞ <latexit sha1_base64="9Ps/XAOnCYF8LBRWin2FjszCNWw=">AAAB/HicbVBNS8NAEN3Ur1q/oj16WSyCp5KIYL0VvHjwUMF+QBPKZrtpl242YXeihFD/ihcPinj1h3jz37htc9DWBwOP92aYmRckgmtwnG+rtLa+sblV3q7s7O7tH9iHRx0dp4qyNo1FrHoB0UxwydrAQbBeohiJAsG6weR65ncfmNI8lveQJcyPyEjykFMCRhrY1VvsKT4aA1EqfvS4DCEb2DWn7syBV4lbkBoq0BrYX94wpmnEJFBBtO67TgJ+ThRwKti04qWaJYROyIj1DZUkYtrP58dP8alRhjiMlSkJeK7+nshJpHUWBaYzIjDWy95M/M/rpxA2/JzLJAUm6WJRmAoMMZ4lgYdcMQoiM4RQxc2tmI6JIhRMXhUTgrv88irpnNfdi/rV3UWt2SjiKKNjdILOkIsuURPdoBZqI4oy9Ixe0Zv1ZL1Y79bHorVkFTNV9AfW5w8EQ5UC</latexit> P (να → νβ) = 1 2 sin2 θ <latexit sha1_base64="yJRj02e/mONgfiN4CjlZoHYgrYo=">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</latexit>P (να → νβ) = X i |Uαi| 2|Uβi| 2 Oscilaciones de neutrinos - distancias astrofísicas Recordemos la producción de neutrinos via piones El primer decaimiento es a 2 partículas y las energías estan determinadas por complete. La cinemática del 2do decaimiento es tal que los 3 neutrinos, en promedio tienen la misma energía. Es decir: Utilizando: Encontramos que, en la Tierra: π + → µ + + νµ → e + + νe + νµ + ν̄µ π − → µ − + ν̄µ → e − + ν̄e + νµ + ν̄µ Φνe+ν̄e : Φνµ+ν̄µ : Φντ+ν̄τ = 1 : 2 : 0 Φνe+ν̄e : Φνµ+ν̄µ : Φντ+ν̄τ = 1 : 1 : 1 P (να → νβ) = X i |Uαi| 2|Uβi| 2 LaCoNGA | Ignacio Taboada 24 Oscilaciones de neutrinos - distancias astrofísicas Sin embargo, la vida media de un pion es ~100 veces más corta que la de un muon Si el ambiente astrofísico incluye campos magnéticos intensos, los muones pueden perder energía, via radiación sincrotrón antes de decaer. En ese caso, solo el primer decaimiento resulta en neutrinos: Utilizando: Encontramos que, en la Tierra: π + → µ + + νµ → e + + νe + νµ + ν̄µ π − → µ − + ν̄µ → e − + ν̄e + νµ + ν̄µ P (να → νβ) = X i |Uαi| 2|Uβi| 2 Φνe+ν̄e : Φνµ+ν̄µ : Φντ+ν̄τ = 0 : 1 : 0 <latexit sha1_base64="Tjq0aVBpBoaSrIeEScomuYTjoYY=">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</latexit> Φνe+ν̄e : Φνµ+ν̄µ : Φντ+ν̄τ = 1 : 2 : 2 <latexit sha1_base64="OgeqmsOZOXaAVswA/HaZHiY28X0=">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</latexit> Medir la tasa de flujo de sabores informa sobre las condiciones astrofísicas de la fuente. LaCoNGA | Ignacio Taboada 25 El Universo a altas energías Detectar rayos gamma es mucho más fácil que detectar neutrinos. Por qué darse mala vida con los neutrinos? El Universo es opaco a fotones de alta energía Las fuentes de rayos cósmicos producen rayos gamma. Pero hay maneras adicionales de procudir rayos gamma LaCoNGA | Ignacio Taboada 26 El Universo es opaco a Altas Energías LaCoNGA | Ignacio Taboada 27 IceCube El Universo es opaco a Altas Energías Las interacciones fotón – fotón son posibles… … cuando la masa invariante del sistema es el doble de la masa del electrón. El Universo está lleno de fotones. Para fotones del fondo microondas de 2.7 K (2.4x10-4 eV), una colisión con un fotón de 1015 eV (PeV) tiene una masa invariante del doble de la masa del electron. LaCoNGA | Ignacio Taboada 28 γ + γ → e − + e + <latexit sha1_base64="SrFrI1XFjIfiq0mH9PvhO5Rj0QQ=">AAACDnicbZA9SwNBEIb3/Izx69TSZjEEhGC4k4DaBWwsI5goJJcwt5lLFnfvjt09JQR/gY1/xcZCEVtrO/+Nm3iFGgcWHt53htl5w1RwbTzv05mbX1hcWi6sFFfX1jc23a3tlk4yxbDJEpGoqxA0Ch5j03Aj8CpVCDIUeBlen078yxtUmifxhRmlGEgYxDziDIyVem65MwApgVZoDh3FB0MDSiW3FLsH1sBupeeWvKo3LToLfg4lklej5350+gnLJMaGCdC67XupCcagDGcC74qdTGMK7BoG2LYYg0QdjKfn3NGyVfo0SpR9saFT9efEGKTWIxnaTglmqP96E/E/r52Z6DgY8zjNDMbse1GUCWoSOsmG9rlCZsTIAjDF7V8pG4ICZmyCRRuC//fkWWgdVv1a9eS8Vqof53EUyC7ZI/vEJ0ekTs5IgzQJI/fkkTyTF+fBeXJenbfv1jknn9khv8p5/wJ9tZp2</latexit> El Universo es opaco a Altas Energías LaCoNGA | Ignacio Taboada 29 Fondo radiación de microondas Fondo radiación extragalácica Como producir rayos gamma La aceleración de electrones ha sido observada ampliamente. La aceleración de electrons explica, por ejemplo, el espectro (no térmico) en radio de galaxias con nucleos activos o la emisión de pulsares. Estos electrones producen radiación de sincrotrón (que no es de alta energía). Interesantemente los electrones acelerados pueden interactuar también con radiación local (fondo de radiación de microondas, los mismos fotones de sincrotrón, etc) via: Este proceso se conoce como Compton inverso. Las fuentes de rayos gamma no son necesariamente fuentes de rayos cósmicos. LaCoNGA | Ignacio Taboada 30 e − γ → e − + γ <latexit sha1_base64="VkbWSiUiGdLehJawANidVBfmMIc=">AAACDXicbVDLSgNBEJz1GeNr1aOXwSgIYtiVgPEW8OIxgnlANobeyWQzZGZ2mZlVQsgPePFXvHhQxKt3b/6Nk4egiQUNRVU33V1hwpk2nvflLCwuLa+sZtay6xubW9vuzm5Vx6kitEJiHqt6CJpyJmnFMMNpPVEURMhpLexdjvzaHVWaxfLG9BPaFBBJ1mEEjJVa7iG9PcVBBEIADhSLugaUiu/xSD75MVpuzst7Y+B54k9JDk1RbrmfQTsmqaDSEA5aN3wvMc0BKMMIp8NskGqaAOlBRBuWShBUNwfjb4b4yCpt3ImVLWnwWP09MQChdV+EtlOA6epZbyT+5zVS0yk2B0wmqaGSTBZ1Uo5NjEfR4DZTlBjetwSIYvZWTLqggBgbYNaG4M++PE+qZ3m/kL+4LuRKxWkcGbSPDtAx8tE5KqErVEYVRNADekIv6NV5dJ6dN+d90rrgTGf20B84H98Mc5pD</latexit> Las supernovas son, probablemente, las fuentes de rayos cósmics galácticos. Aceleración de Fermi LaCoNGA | Ignacio Taboada 31 Supernova de Tycho SN 1572 (SN tipo Ia) Azul/Rojo: Rayos X Amarillo: IR Amarillo: Inestabilidad Rayleigh-Taylor Remanentes de supernova El shock frontal se mueve supersonicamente hacia el material interestelar. El shock reverso se propaga hacia el material expulsado port la supernova (que no es supersónico). En los shocks, los campos magnéticos son muy intensos. LaCoNGA | Ignacio Taboada 32 Shock frontal Shock reverso Material interestelar v(x) r(x) @⇢ @t = r · ~J ρ1v1 = ρ2v2 Cerca del shock frontal r r Aceleración de Fermi La energía cinética del plasma cerca del shock es transformada en energía cinética de partículas cargadas. Analogía LaCoNGA | Ignacio Taboada 33 Pared v v Colisión elástica Pared v 2u+v Colisión elástica u ~u1 θ1 θ2 Colisión de una partícula de prueba con el shock Aceleración de Fermi Consideremos repetidas colisiones de una partícula cargada con un shock. Asumamos que en cada colision, la energía de la partícula cambia como: Después de n colisiones, la energía es: Sigue que el número de colisiones para alcanzar energía E es: Digamos que Pesc es la probabilidad de escape en cada collision. La probabilidad de permanecer atrapada después de n colisiones es: Entonces el número de particulas que alcanza energía E al escaper es: LaCoNGA | Ignacio Taboada 34 ∆E = ✏E En = E0(1 + ✏) n (1− Pesc) n n = log(E/E0)/ log(1 + ✏) N(≥ E) ∝ ∞X m=n (1− Pesc) m = (1− Pesc) n Pesc Fermi Acceleration Recordando que y utizando el valor de n explícitamente: Donde Se puede demostrar que donde d es una cantidad pequeña. N(≥ E) ∝ 1 Pesc ( E E0 )−γ a log b = b log a dN dE ∝ E −γ−1 � = log( 1 1− Pesc )/ log(1 + ✏) ≈ Pesc ✏ γ ∼ 2 + δ <latexit sha1_base64="xDFHPjYpCaWpWdC5rPDtpYub5Bk=">AAACAHicbVBNS8NAEN34WetX1IMHL4tFEISSlIL1VvDisYL9gCaUyWbTLt1Nwu5GKKEX/4oXD4p49Wd489+4bXPQ1gcDj/dmmJkXpJwp7Tjf1tr6xubWdmmnvLu3f3BoHx13VJJJQtsk4YnsBaAoZzFta6Y57aWSggg47Qbj25nffaRSsSR+0JOU+gKGMYsYAW2kgX3qDUEIwJ5iAtfwFfZCyjXggV1xqs4ceJW4BamgAq2B/eWFCckEjTXhoFTfdVLt5yA1I5xOy16maApkDEPaNzQGQZWfzx+Y4gujhDhKpKlY47n6eyIHodREBKZTgB6pZW8m/uf1Mx01/JzFaaZpTBaLooxjneBZGjhkkhLNJ4YAkczciskIJBBtMiubENzll1dJp1Z169Wb+3ql2SjiKKEzdI4ukYuuURPdoRZqI4Km6Bm9ojfryXqx3q2PReuaVcycoD+wPn8AZXCU+g==</latexit> Resumen Los neutrinos son difíciles de detector debido a la interacción debil. Los neutrinos son el único mensajero astronomico de altas energía Sólo los neutrinos puden identificar las fuentes de rayos cósmicos Observar la tasa de flujo de diferentes neutrinos permite estudiar las condiciones de la zona de producción de neutrinos Rayos cósmicos son acelerados en sus fuentes en shocks (En realidad hay alternativas, comoreconección magnética – observada en el Sol) LaCoNGA | Ignacio Taboada 36
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