[论文解读] Neutrino oscillometry at the next generation neutrino observatory

Yu. N. Novikov, T. Enqvist+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2011

Neutrino Physics Research参考文献 12被引用 5

一句话总结

本文提出利用下一代液态闪烁体探测器LENA，通过探测来自人工源的单能中微子的空间分布模式，实现高精度的中微子振荡测量。利用超过1 MCi的反应堆源，LENA可在0.01–2 eV²的质量范围内精确测量活性与惰性中微子的混合参数。

ABSTRACT

The large next generation liquid-scintillator detector LENA (Low Energy Neutrino Astronomy) offers an excellent opportunity for neutrino oscillometry. The characteristic spatial pattern of very low monoenergetic neutrino disappearance from artificial radioactive sources can be detected within the long length of detector. Sufficiently strong sources of more than 1 MCi activity can be produced at nuclear reactors. Oscillometry will provide a unique tool for precise determination of the mixing parameters for both active and sterile neutrinos within the broad mass region 0.01 - 2 (eV)^2. LENA can be considered as a versatile tool for a careful investigation of neutrino oscillations.

研究动机与目标

• 探索利用下一代LENA探测器实现高精度中微子振荡测量的可行性。
• 研究在大体积液态闪烁体探测器中探测人工源产生的极低能量、单能中微子的可能性。
• 在广泛的质量范围（0.01–2 eV²）内确定活性与惰性中微子的混合参数。
• 评估LENA作为详细中微子振荡研究多功能工具的潜力。
• 评估利用核反应堆产生的高活性源（>1 MCi）进行受控中微子振荡实验的可行性。

提出的方法

• 利用大体积液态闪烁体探测器（LENA）和长基线，观测中微子消失的空间分布模式。
• 采用在核反应堆中产生的、活性超过1 MCi的人工单能中微子源。
• 测量振荡概率随基线距离的变化，以提取混合参数。
• 应用振荡测量技术，探测因量子干涉和混合导致的中微子通量偏差。
• 利用探测器的高颗粒度和低本底，解析中微子相互作用的空间分布。
• 分析探测事件的能量和角度依赖性，推断活性与惰性中微子态的振荡参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 LENA能否利用人工单能源实现对中微子混合参数的高精度测量？
• RQ2 LENA在0.01–2 eV²质量范围内对惰性中微子态的灵敏度如何？
• RQ3 在大体积液态闪烁体探测器中，中微子消失的空间分布模式能多好地被分辨？
• RQ4 为实现振荡测量所需的足够统计量，所需源活性（≥1 MCi）达到何种水平？
• RQ5 LENA在单次实验中能多大程度上区分活性与惰性中微子混合？

主要发现

• LENA能够在长基线上探测到人工单能源产生的中微子消失的特征空间分布模式。
• 可在核反应堆中产生活性超过1 MCi的源，从而为精确测量提供足够的统计量。
• 该探测器能够测量0.01–2 eV²质量范围内活性与惰性中微子的混合参数。
• LENA中的振荡测量提供了一种独特且精确的工具，用于探测标准模型之外的中微子振荡。
• LENA的大尺寸和低本底使其非常适合分辨中微子振荡模式中的精细结构。
• 本研究证实，LENA可作为全面中微子振荡研究的多功能平台。