Distinguishing non-standard neutrino interaction scenarios

Abstract

Las oscilaciones de neutrinos son uno de los casos más representativos de física más allá del Modelo Estándar de partículas elementales. Aunque se ha establecido que este comportamiento es inducido por la diferencia de masas de neutrinos (oscilaciones estándar), las anomalías observadas en la data experimental podrían ser explicadas con física no estándar presente de manera subyacente a las oscilaciones inducidas por masa. Actualmente, se manejan diferentes escenarios de física no estándar, pero no se tienen claras distinciones en su modificación de las observaciones de oscilaciones de neutrinos esperadas, ni preferencias establecidas de la naturaleza por ellos. Este trabajo propone el análisis de estadísticos y/o valores resultantes de ajustes de diferentes modelos a la data, para evaluar la posible distinción entre el-los. En particular, nos enfocamos en el marco de Interacciones no-estándar de neutrinos con materia (Non-Standard Interactions - NSI), evaluadas en el experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Escogemos tres casos representativos y específicos del amplio conjunto de parámetros que ofrecen la interacciones no-estándar, y realizamos ajustes a la data generada considerando alguno como el que se encuentra presente en la naturaleza. Evaluamos el comportamiento de la significancia de los ajustes y la distorsión en la fase de violación CP respecto a la fase true, mientras intensificamos la presencia del caso NSI true. Buscamos identificar patrones para cada caso y sistematizar sus efectos característicos sobre las observaciones. Encontramos que efectivamente es posible identificar patrones en el comportamiento de las cantidades elegidas, aunque una relación directa entre ellas no puede ser establecida. Esto demuestra la posibilidad de aplicar el método en otros escenarios más allá ́ a del modelo estándar, resaltando la importancia del uso de varias cantidades resultantes de los ajustes de los modelos. Parte de este trabajo fue incluido en el poster titulado DUNE sensitivity for observing/discriminating theories beyond standard neutrino oscillation, presentado en XVIII International Conference on Topics in Astroparticles and Underground Physics (TAUP 2023).

Neutrino oscillations are one of the most representative cases of physics beyond the Standard Model of elementary particles. Although this behavior has been established to be induced by neutrino mass difference (standard oscillations), anomalies observed in experimental data may be explained by non-standard physics, sub-leading to standard oscillations. Different non-standard physics scenarios are currently being considered, with no clear distinction in their modification of expected neutrino oscillation data, or established nature’s preference for either of them. This work proposes the analysis of statistics and/or values which result from fitting models to data, to evaluate the potential distinction among them. In particular, we focus on Non-Standard Interactions (NSI) of neutrinos with matter, evaluated in the context of the DUNE experiment (Deep Underground Neutrino Experiment). We choose three representative and specific cases from the wide set of NSI parameters, and perform fits to data generated considering one of them as the true scenario in nature. We evaluate the behavior of the significance of fits and the distortion of the CP-violating phase with respect to its true value, while we intensify the strength of the true NSI case. We look to identify patterns for each case and systematize their signature effects on observations. We have found that it is actually possible to identify said patterns in the behavior of the chosen quantities, although a direct relation between them cannot be established. This demonstrates the possibility to apply the method on other beyond Standard Model scenarios and highlights the importance of using several fit features. A part of this work was included in the poster titled DUNE sensitivity for observing/discriminating theories beyond standard neutrino oscillation, presented at the XVIII International Conference on Topics in Astroparticles and Underground Physics (TAUP 2023).