Atmospheric neutrinos and neutrino oscillations

Takaaki Kajita; Paolo Lipari

doi:10.1016/j.crhy.2005.07.004

Atmospheric neutrinos and neutrino oscillations

Takaaki Kajita ¹ ; Paolo Lipari ²

¹ Research Center for Cosmic Neutrinos, Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, Kashiwa-no-ha 5-1-5, Kashiwa, Chiba 277-8582, Japan
² INFN and Dipartimento di Fisica, Università di Roma 1, P. A. Moro 2, 00185 Roma, Italy

Comptes Rendus. Physique, Neutrino physics, Volume 6 (2005) no. 7, pp. 739-748.

Abstract
Résumé

Atmospheric neutrinos are produced by the interaction of primary cosmic rays in the upper atmosphere. Their measurement with large underground detectors has given results that are inconsistent with predictions based on the Minimal Standard Model. The $ν_{e}$ and ${\bar{ν}}_{e}$ fluxes, within errors, are compatible with the standard prediction, while the $ν_{μ}$ and ${\bar{ν}}_{μ}$ fluxes show a significant suppression. The dependence of the suppression on the neutrino energy and direction (path-length) can be accurately described assuming the existence of two flavor $ν_{μ} \leftrightarrow ν_{τ}$ oscillations with parameters in the (90% CL) allowed interval: $1.5 < | Δ m^{2} | / (10^{−3} {eV}^{2}) < 3.4$ and $\sin^{2} 2 θ ⩾ 0.92$ . Various features of neutrino oscillations have been studied based on these data.

Les neutrinos atmosphériques sont produits par l'interaction des rayons cosmiques primaires dans les hautes couches de l'atmosphère. Leur détection avec des détecteurs massifs et souterrains donne des résultats incompatibles avec le modèle standard minimal de la physique des particules. Si le flux de $ν_{e}$ et de ${\bar{ν}}_{e}$ est en accord avec les prédictions, le flux de $ν_{μ}$ et de ${\bar{ν}}_{μ}$ montre une suppression significative. La dépendence de cette suppression avec l'énergie et la distance parcourue (liée à la direction) des neutrinos peut être décrite avec précision par le mécanisme d'oscillation des neutrinos á deux saveurs $ν_{μ} \leftrightarrow ν_{τ}$ . Les paramètres d'oscillation qui donnent le meilleur ajustement des données sont (à 90% CL) $1.5 < | Δ m^{2} | / (10^{−3} {eV}^{2}) < 3.4$ et $\sin^{2} 2 θ ⩾ 0.92$ . Plusieurs caractéristiques de l'oscillation sont également étudiées.

Published online: 2005-09-01

DOI: 10.1016/j.crhy.2005.07.004

Keywords: Atmospheric neutrinos, Neutrino oscillations, Super-Kamiokande
Mots-clés : Neutrinos atmosphériques, Oscillation des neutrinos, Super-Kamiokande

Author's affiliations:

Takaaki Kajita ¹; Paolo Lipari ²

¹ Research Center for Cosmic Neutrinos, Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, Kashiwa-no-ha 5-1-5, Kashiwa, Chiba 277-8582, Japan
² INFN and Dipartimento di Fisica, Università di Roma 1, P. A. Moro 2, 00185 Roma, Italy

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Takaaki Kajita; Paolo Lipari. Atmospheric neutrinos and neutrino oscillations. Comptes Rendus. Physique, Neutrino physics, Volume 6 (2005) no. 7, pp. 739-748. doi : 10.1016/j.crhy.2005.07.004. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2005.07.004/

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