TY  - THES
A1  - Tang, Jian
T1  - Phenomenology of Neutrino Oscillations at the Neutrino Factory
T1  - Phänomenologie von Neutrino Oszillationen an der Neutrinofabrik
N2  - We consider the prospects for a neutrino factory measuring mixing angles, the CP violating phase and mass-squared differences by detecting wrong-charge muons arising from the chain $\mu^+\to\nu_e\to\nu_\mu\to\mu^-$ and the right-charge muons coming from the chain $\mu^+\to\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu\to\mu^+$ (similar to $\mu^-$ chains), where $\nu_e\to\nu_\mu$ and $\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu$ are neutrino oscillation channels through a long baseline. First, we study physics with near detectors and consider the treatment of systematic errors including cross section errors, flux errors, and background uncertainties. We illustrate for which measurements near detectors are required, discuss how many are needed, and what the role of the flux monitoring is. We demonstrate that near detectors are mandatory for the leading atmospheric parameter measurements if the neutrino factory has only one baseline, whereas systematic errors partially cancel if the neutrino factory complex includes the magic baseline. Second, we perform the baseline and energy optimization of the neutrino factory including the latest simulation results from the magnetized iron neutrino detector (MIND). We also consider the impact of $\tau$ decays, generated by appearance channels $\nu_\mu \rightarrow \nu_\tau$ and $\nu_e \rightarrow \nu_\tau$, on the discovery reaches of the mass orderings, the leptonic CP violation, and the non-zero $\theta_{13}$, which we find to be negligible for the considered detector. Third, we make a comparison of a high energy neutrino factory to a low energy neutrino factory and find that they are just two versions of the same experiment optimized for different regions of the parameter space. In addition, we briefly comment on whether it is useful to build the bi-magic baseline at the low energy neutrino factory. Finally, the effects of one additional massive sterile neutrino are discussed in the context of a combined short and long baseline setup. It is found that near detectors can provide the required sensitivity at the LSND-motivated $\Delta m_{41}^2$-range, while some sensitivity can also be obtained in the region of the atmospheric mass splitting introduced by the sterile neutrino from the long baselines.
N2  - Wir prüfen die Aussichten einer Neutrino Factory die Mischungswinkel, die CP-verletzende Phase und die Differenz der Massenquadrate mittels Detektion von Myonen mit falschem Vorzeichen, die bei $\mu^+\to\nu_e\to\nu_\mu\to\mu^-$ und $\mu^+\to\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu\to\mu^+$ (vergleichbar mit $\mu^-$), durch $\nu_e\to\nu_\mu$ und $\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu$ als Neutrinooszillationen entstehen, zu messen. Als Erstes untersuchen wir die Physik mit Nahdetektoren und überprüfen die Behandlung systematischer Fehler inklusive der Fehler auf dem Wechselwirkungsquerschnitt und auf dem Neutrinofluss sowie Unsicherheiten des experimentellen Signalhintergrundes. Wir erläutern für welche Messungen Nahdetektoren gebraucht werden, diskutieren wieviele dieser Detektoren benötigt werden und welche Rolle die Überwachung des Neutrinosflusses spielt. Wir demonstrieren, dass Nahdetektoren zwingend für Messungen der atmosphärischen Paramter notwendig sind, falls die Neutrino Factory nur eine sogenannte baseline'' besitzt, wohingegen sich die systematischen Fehler partiell aufheben wenn der Neutrino Factory Komplex die magic baseline'' enthält. Als Zweites führen wir die baseline- und Energieoptimierung für die Neutrino Factory inklusive der neusten Simulationsergebnisse für den Neutrinodetektor aus magnetisiertem Eisen (MIND) durch. Au{\ss}erdem betrachten wir den Einfluss von $\tau$-Zerfällen, die durch $\nu_\mu \to \nu_\tau$ oder $\nu_e \to \nu_\tau$ Übergänge erzeugt werden, auf die Massenhierachie, auf die CP-Verletzung und auf den Entdeckungsbereich von $\theta_{13}$, welchen wir im Falle des betrachteten Detektors für vernachlässigbar befinden. Als Drittes stellen wir einen Vergleich der Hochenergie Neutrino Factory mit der Niederenergie Neutrino Factory an und folgern, dass sie nur zwei Versionen des selben Experimentes sind, das jedoch für unterschiedliche Parameterbereiche optimiert wurde. Zusätzlich kommentieren wir kurz, ob es nützlich wäre die bi-magic baseline'' bei einer Niederenergie Neutrino Factory zu bauen. Schlie{\ss} werden die Effekte zusätzlichen sterilen'' Neutrinos im Kontext eines kombinierten Aufbaus mit kurzer und langer baseline diskutiert. Es zeigt sich, dass Nahdetektoren die benötigte Sensitivität in der LSND-motivierten $\Delta m^2_{41}$-Region liefern, während eine gewisse Sensitivität auch mittels der langen baseline im Bereich der atmosphärischen Massenaufspaltung erreicht werden kann, welche durch das sterile Neutrino induziert wurde.
KW  - Neutrinooszillation
KW  - Neutrino
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66765
ER  - 
TY  - THES
A1  - Plentinger, Florian
T1  - Systematic Model Building with Flavor Symmetries
T1  - Systematischer Modellbau mit Flavor Symmetrien
N2  - Die Beobachtung von Neutrinomassen und Leptonenmischungen haben gezeigt, dass das Standard-Modell unvollständig ist. Im Zuge dieser Entdeckung tauchen neue Fragestellungen auf: warum sind die Neutrinomassen so klein, wie sieht ihre Massenhierarchie aus, warum sind die Mischungen im Quark- und Leptonen-Sektor so unterschiedlich oder welche Form hat der Higgs-Sektor. Um diese Fragen zu beantworten und um zukünftige experimentelle Daten vorherzusagen, werden verschiedene Ansätze betrachtet. Besonders interessant sind Grand Unified Theories, wie SU(5) oder SO(10). GUTs sind vertikale Symmetrien, da sie die SM-Teilchen in Multipletts vereinheitlichen und üblicherweise neue Elementarteilchen vorhersagen, die durch den Seesaw-Mechanismus, auf natürliche Weise die Kleinheit der Neutrinomassen erklären. Darüberhinaus sind auch horizontale Symmetrien, d.h. Flavor-Symmetrien, welche auf den Generationen-Raum der SM-Teilchen wirken, interessant. Sie können die Quark- und Leptonen-Massenhierarchien, sowie die unterschiedlichen Quark- und Leptonenmischungen, erklären. Ausserdem beeinflussen Flavor-Symmetrien massgeblich den Higgs-Sektor und sagen bestimmte Formen von Massenmatrizen vorher. Diese hohe Vorhersagekraft machen GUTs und Flavor-Symmetrien sowohl für Theoretiker, als auch für Experimentalphysiker interessant. Solche Erweiterungen des SM können mit weiteren Konzepten wie Supersymmetrie oder extra Dimensionen kombiniert werden. Hinzu kommt, dass sie für gewöhnlich Auswirkungen auf die beobachtete Materie-Antimaterie Asymmetrie des Universums haben und einen dunkle Materie Kandidaten beinhalten können. Im Allgemeinen sagen sie auch die seltene Leptonenzahl verletzenden Zerfälle mu -> e gamma, tau -> mu gamma und tau -> e gamma vorher, die stark von Experimenten eingeschränkt sind, aber möglicherweise in der Zukunft beobachtet werden. In dieser Arbeit kombinieren wir all diese Zugänge, d.h. GUTs, den Seesaw-Mechanismus und Flavor-Symmetrien. Drüber hinaus ist unser Anliegen einen systematischen Zugang zum Modellbau zu entwickeln und durchzuführen, sowie die Suche nach phänomenologischen Implikationen. Dies stellt eine neue Sichtweise im Modellbau dar, da es uns erlaubt bestimmte Modelle durch ihre theoretischen und phänomenologischen Vorhersagen zu filtern. D.h. wir können weitere Einschränkungen an Modelle fordern, um ein bestimmtes auszuwählen. Die Ergebnisse unserer Herangehensweise sind zum Beispiel mannigfaltige Leptonen-Flavor- und GUT-Modelle, ein systematischer Scan von Leptonenzahl verletzenden Prozessen, neue Massenmatrizen, eine neues Veständnis der Leptonenmischungswinkel, eine Verallgemeinerung der Idee der Quark-Leptonen-Komplementarität theta_12=pi/4-epsilon/sqrt{2} und zum ersten Mal die QLC-Relation in einer SU(5) GUT.
N2  - The observation of neutrino masses and lepton mixing has highlighted the incompleteness of the Standard Model of particle physics. In conjunction with this discovery, new questions arise: why are the neutrino masses so small, which form has their mass hierarchy, why is the mixing in the quark and lepton sectors so different or what is the structure of the Higgs sector. In order to address these issues and to predict future experimental results, different approaches are considered. One particularly interesting possibility, are Grand Unified Theories such as SU(5) or SO(10). GUTs are vertical symmetries since they unify the SM particles into multiplets and usually predict new particles which can naturally explain the smallness of the neutrino masses via the seesaw mechanism. On the other hand, also horizontal symmetries, i.e., flavor symmetries, acting on the generation space of the SM particles, are promising. They can serve as an explanation for the quark and lepton mass hierarchies as well as for the different mixings in the quark and lepton sectors. In addition, flavor symmetries are significantly involved in the Higgs sector and predict certain forms of mass matrices. This high predictivity makes GUTs and flavor symmetries interesting for both, theorists and experimentalists. These extensions of the SM can be also combined with theories such as supersymmetry or extra dimensions. In addition, they usually have implications on the observed matter-antimatter asymmetry of the universe or can provide a dark matter candidate. In general, they also predict the lepton flavor violating rare decays mu -> e gamma, tau -> mu gamma and tau -> e gamma which are strongly bounded by experiments but might be observed in the future. In this thesis, we combine all of these approaches, i.e., GUTs, the seesaw mechanism and flavor symmetries. Moreover, our request is to develop and perform a systematic model building approach with flavor symmetries and to search for phenomenological implications. This provides a new perspective in model building since it allows us to screen models by its predictions on the theoretical and phenomenological side, i.e., we can apply further model constraints to single out a desired model. The results of our approach are, e.g., diverse lepton flavor and GUT models, a systematic scan of lepton flavor violation, new mass matrices, a new understanding of lepton mixing angles, a general extension of the idea of quark-lepton complementarity theta_12=pi/4-epsilon/sqrt{2} and for the first time the QLC relation in an SU(5) GUT.
KW  - Symmetrie
KW  - Flavour <Elementarteilchenphysik>
KW  - Flavor Symmetrie
KW  - GUT
KW  - Textur
KW  - Massenmatrix
KW  - PMNS
KW  - Neutrinooszillation
KW  - Flavourmischung
KW  - CKM-Matrix
KW  - Große Vereinheitlichung
KW  - flavor symmetry
KW  - GUT
KW  - texture
KW  - mass matrix
KW  - PMNS
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38077
ER  -