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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Análise do espectro temporal de neutrinos de supernova para restringir sua massa efetiva ou quebra de invariância de Lorentz
LUCAS OLIVEIRA QUINTINO
TESE
15/05/2023

Neutrinos de Supernovas (SN) podem fornecer restrições à massa dos neutrinos por meio das modificações no espectro esperado de eventos. Neste trabalho, realizamos toda a análise utilizando dois modelos específicos de SN cuja estrela progenitora possui 11,2 e 15 massas solares. O principal objetivo desta tese é desenvolver um método que contabiliza as alterações temporais provocadas pela massa ou pela quebra da simetria de Lorentz, no fluxo de neutrinos de SN que chega a um detector. Para isso, estimamos o número de eventos, analisamos, por meio de um método de mínimos quadrados, as modificações no espectro temporal e, por fim, extraimos um limite para a massa do neutrino e para invariância de Lorentz. O método consiste em utilizar os dados simulados de SN para a luminosidade, energia média e o parâmetro de constrição a fim de construir os fluxos que são emitidos em uma explosão de SN para cada sabor do neutrino, considerando a hierarquia normal (HN) e a hierarquia invertida (HI). Dessa maneira, fizemos uso do SuperNova Observatories with GLoBES (SNOwGLoBES) para calcular o número de eventos para o Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), com uma massa fiducial de 40 kton de ârgonio líquido, e para um detector similar ao Hyper-Kamiokande, em que foi utilizada uma massa fiducial de 100 kton de água. Utilizamos a abordagem segundo a qual a massa do neutrino será a responsável pelo atraso, em comparação com partículas desprovidas de massa, provocado no fluxo que chega ao detector; e, em uma outra perspectiva, utilizamos a abordagem tendo em conta que esse atraso ou adiantamento são provocados por meio da quebra da invariância de Lorentz. Nossos melhores resultados são O(1) eV para o limite superior da massa efetiva do neutrino, com 3σ de nível de confiança, para a distância de 10 kpc. Para νe, o melhor limite vem do detector distante do DUNE se a hierarquia de massa for invertida. Para ve, o melhor limite vem de um detector semelhante ao Hyper-Kamiokande. Já para o limite inferior da escala de energia de violação da invariância de Lorentz, MQG, nossos melhores resultados, com 3σ de nível de confiança, considerando efeitos superluminais ou subluminais, são MQG ≳ 1013 GeV e MQG ≳ 5 × 105 GeV para dependência de energia linear e quadrática, respectivamente.

Neutrino;Supernova;Massa efetiva;Invariância de Lorentz
Supernova (SN) neutrinos can provide constraints on the neutrino mass through modifications to the expected event spectrum. In this work, we perform the analysis using two specific SN models whose progenitor stars have 11.2 and 15 solar masses. The main objective of this thesis is to develop a method that accounts for temporal changes caused by mass or Lorentz symmetry breaking in the SN neutrino flux that arrives at a detector. To do so, we estimate the number of events, analyze the modifications in the temporal spectrum using a least squares method, and finally extract a limit for the neutrino mass and for Lorentz invariance. The method consists of using simulated SN data for luminosity, average energy, and the constraint parameter to construct the emitted fluxes in a SN explosion for each neutrino flavor, considering the normal hierarchy (NH) and the inverted hierarchy (IH). Thus, we used the SuperNova Observatories with GLoBES (SNOwGLoBES) to calculate the number of events for the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), with a fiducial mass of 40 kton of liquid argon, and for a detector similar to Hyper-Kamiokande, where a fiducial mass of 100 kton of water was used. We used the approach in which the neutrino mass is responsible for the delay, compared to massless particles, in the flux that arrives at the detector; and in another perspective, we used the approach that takes into account that this delay or advancement is caused by Lorentz invariance breaking. Our best results are O(1) eV for the upper limit of the effective neutrino mass, with a 3σ confidence level, for a distance of 10 kpc. For νe, the best limit comes from the DUNE far detector if the mass hierarchy is inverted. For ¯νe, the best limit comes from a detector similar to Hyper-Kamiokande. As for the lower limit of the energy scale of violation of Lorentz invariance, MQG, our best results, with a 3σ confidence level, considering superluminal or subluminal effects, are MQG ≳ 1013 GeV and MQG ≳ 5 × 105 GeV for linear and quadratic energy dependence, respectively.
Neutrino;Supernova;Effective mass;Lorentz invariance
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
FIS - LUCAS OLIVEIRA QUINTINO.pdf

Contexto

FÍSICA
FÍSICA DE PARTÍCULAS E CAMPOS
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Banca Examinadora

CELIO ADREGA DE MOURA JUNIOR
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
CELIO ADREGA DE MOURA JUNIOR Docente - PERMANENTE
LAURA PAULUCCI MARINHO Docente - PERMANENTE
PEDRO CUNHA DE HOLANDA Participante Externo
RODOLFO VALENTIM DA COSTA LIMA Participante Externo
ANDRE PANIAGO LESSA Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 11
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 36

Vínculo

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Sim
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