Jian Tang

• 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 systematicWe 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.…
• 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 aufWir 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.…