[论文解读] Future Opportunities in Accelerator-based Neutrino Physics

A. Dell’Acqua, Antoni Aduszkiewicz+141 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2018

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文概述了基于加速器的中微子物理的未来机遇，主张通过中微子平台加强由CERN主导的研发工作，以推进探测器技术、束流线基础设施和理论建模。文章强调了与LHC技术的协同效应、全球合作，以及精确模拟和全球拟合在揭示标准模型之外新物理中的关键作用。

ABSTRACT

This document summarizes the conclusions of the Neutrino Town Meeting held at CERN in October 2018 to review the neutrino field at large with the aim of defining a strategy for accelerator-based neutrino physics in Europe. The importance of the field across its many complementary components is stressed. Recommendations are presented regarding the accelerator based neutrino physics, pertinent to the European Strategy for Particle Physics. We address in particular i) the role of CERN and its neutrino platform, ii) the importance of ancillary neutrino cross-section experiments, and iii) the capability of fixed target experiments as well as present and future high energy colliders to search for the possible manifestations of neutrino mass generation mechanisms.

研究动机与目标

• 识别并推动欧洲及全球范围内基于加速器的中微子物理研究与研发机遇。
• 通过共享基础设施、技术开发和协调工作，加强CERN中微子平台在支持大规模中微子实验中的作用。
• 促进中微子与LHC社群在探测器技术（如LArTPC和数据获取系统）方面的合作，共同推进技术发展。
• 确保为未来实验提供持续的理论支持，包括振荡参数的全球拟合以及精确的相互作用截面建模。
• 支持下一代实验的发展，目标包括中微子质量测量、WIMP暗物质和无中微子双贝塔衰变。

提出的方法

• 利用CERN中微子平台作为协调未来中微子实验研发、测试束流设施和技术示范装置的中心枢纽。
• 利用CERN在低温技术、磁体系统和高性能计算方面的现有专长，支持大规模中微子探测器项目。
• 通过原型测试，将LArTPC（液氩时间投影室）技术——该技术已为DUNE和T2K项目开发——整合到短基线和长基线实验中。
• 建立基于正式谅解备忘录的社区驱动提案框架，由CERN SPSC评估并经CERN研究委员会批准。
• 促进中微子与LHC社群在数据获取、电子学和模拟软件开发方面的交叉融合。
• 倡导通过振荡数据的全球拟合和模拟工具中对中微子相互作用的精确建模，加强理论输入。

实验结果

研究问题

• RQ1 CERN中微子平台如何最佳协调并加速欧洲范围内未来基于加速器的中微子实验的研发工作？
• RQ2 CERN现有的基础设施和技术专长在推进中微子探测器发展方面，特别是在LArTPC和低温技术方面，能发挥何种作用？
• RQ3 中微子振荡数据的全球拟合如何影响下一代实验的设计与物理潜力？
• RQ4 中微子与LHC社群在数据获取和模拟等共享技术方面，如何实现更有效的合作？
• RQ5 中微子平台如何支持东西欧的中微子项目，以确保进展的平衡与包容性？

主要发现

• 中微子平台已成功支持建造并测试了两台700吨级LArTPC原型机，用于DUNE远端探测器，其中一台原型机在2018年记录了数百万起带电粒子相互作用。
• CERN重新启动的实验中微子小组现已积极参与场外加速器中微子实验，这是CERN在该领域首次获得此类任务授权。
• 针对T2K和DUNE近端探测器的下一代探测器技术正处于积极研发阶段，得到中微子平台基础设施和协调工作的支持。
• 该平台促进了中微子与LHC社群的合作，尤其在数据获取、计算和电子学方面，加速了技术转移。
• 中微子振荡数据的全球拟合——如Capozzi等人（2018）和Esteban等人（2018）的研究——被确认为识别新物理信号和指导实验设计的关键工具。
• 使用精确模拟工具对中微子相互作用进行理论建模，被认定为解读未来数据不可或缺的手段，必须通过专门的CERN理论支持加以强化。