Les différentes solutions aux paramètres d'oscillation

La mesure d'un déficit en $\nu_{{\isotopes{7}{Be}}}^{}$ comparativement au flux attendu dans le cadre du MSS, permettra de sonder différentes régions des paramètres d'oscillation. Sur la figure 3.2(a) sont présentées les probabilités de survie à la sortie du Soleil des neutrinos dans le cas d'oscillation par des effets dans la matière (effet MSW). Trois cas sont considérés :

• SMA, avec pour paramètres d'oscillation $\Delta$m² $\simeq$ 10^-5 eV et sin²2$\theta$ $\simeq$ 3 ^. 10^-3 ;
• LMA, avec les mêmes valeurs de $\Delta$m² mais avec un angle de mélange maximum i.e. sin²2$\theta$ $\simeq$ 1 ;
• LOW, avec pour paramètres d'oscillation $\Delta$m² $\simeq$ 10^-7 eV et un angle de mélange maximum.

Figure: Probabilité de survie des neutrinos dans le cas d'une oscillation par des effets de matière. Les figures correspondent respectivement aux paramètres d'oscillation SMA, LMA et LOW.

Figure: Variation annuelle du nombre d'électrons diffusés en fonction du mois de l'année, dans le cas mbre d'électrons diffusés en fonction du mois de l'année, dans le cas d'oscillation dans le vide. Les données sont regroupées en 12 bins.

Remarques:
Figure du bas, probabilité de survie des ν_e solaires en fonction de l'énergie. Les différentes régions des paramètres d'oscillation de l'effet MSW y figurent [Bahcall 2003]. Figure du bas, nombre d'électrons détectés en fonction du mois de l'année pour trois ans de fonctionnement de Borexino dans le cas d'oscillation dans le vide. Dans le cas d'une non-oscillation, la variation du nombre d'électrons diffusés traduit la variation de la distance Terre-Soleil au cours de l'année. [de Gouvea et al. 1999].

Pour les solutions SMA et LMA un déficit en neutrino électron doit être observé. Dans la solution SMA, le flux de ν_e est totalement converti. On s'attend alors à mesurer un flux de pur $\nu_{{\mu,\tau}}^{}$ ayant interagi par courant neutre dans le volume fiduciel, soit environ 23 % de la prédiction du MSS. La conversion est moins complète pour la solution LMA. Le nombre d'événements attendus est d'environ 60 % du MSS, dont 63 % pour ν_e et 27 % pour $\nu_{{\mu,\tau}}^{}$. Pour des valeurs de $\Delta$m² plus basses (pour la région LOW des paramètres d'oscillation), le flux théorique est d'environ 40 % du MSS. Dans cette situation Borexino est une expérience unique : la différence de flux maximal entre le jour et la nuit apparaît dans la gamme d'énergie des neutrinos du ⁷Be. La nuit, les neutrinos traversent la Terre en son centre, où des effets de matière peuvent apparaître. Le signal alors détecté est augmenté par la conversion des $\nu_{{\mu,\tau}}^{}$ en ν_e. La différence du flux entre le jour et la nuit dépend de l'angle d'incidence des neutrinos, un changement est donc attendu au cours de l'année. Dans le cas d'une oscillation dans le vide, pour $\Delta$m² $\simeq$ 10^-10 eV, la distance Terre-Soleil est comparable à la longueur d'oscillation. Une forte variation du nombre d'événements détectés est attendue au cours d'une année (figure 3.2(b)). À l'inverse, dans le cas d'une non-oscillation, les variations sont beaucoup moins importantes et traduisent la variation de la distance Terre-Soleil au cours d'une année.

Soulignons que Borexino pourra détecter des neutrinos solaires dans une gamme d'énergie supérieure à celle du ⁷Be à 862 keV : il s'agit majoritairement des neutrinos pep et des neutrinos du ⁸B.