[论文解读] New Physics with MeV Neutrino Sources Brighter than a Thousand Suns

Sanjib Kumar Agarwalla, R. Raghavan|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2010

Neutrino Physics Research被引用 3

一句话总结

本文提出利用强度极高的MeV中微子源——亮度超过一千个太阳——通过活性-惰性中微子混合探测短基线中微子振荡。通过采用多种探测器（切伦科夫、液闪、LENS），可直接观测到味存活波，并以与无中微子双贝塔衰变实验相当的灵敏度，检验CPT对称性、轻子数破坏及惰性中微子性质。

ABSTRACT

Short baseline oscillations of neutrinos (nue and nuebar) due to active-sterile (a-s) mixing can be observed explicitly using MeV neutrino beams and existing/planned neutrino detectors. The typical baseline/energy (L/E) of this approach allows flavor survival waves to be observed in the spatial distribution of events inside the detector itself. Single/multiple oscillations can be tested using a variety of sources of nue and nuebar matched to Cerenkov (C), liquid scintillator (LS) and LENS (In-LS) detectors. Distinct tags for nue (from In) and nuebar (from p in the LS) in LENS allow access to nue and nuebar for probing (a-s) mixing, CPT symmetry and in a new way, limits on lepton number violation (LNV) via wrong helicity neutrino reactions comparable to limits for neutrinoless double beta decay via right handed currents.

研究动机与目标

• 利用MeV量级中微子束研究由活性-惰性混合驱动的短基线中微子振荡。
• 通过精确调节L/E，实现在中微子探测器中对空间调制的味存活波的直接观测。
• 利用LENS探测器中对电子中微子和反电子中微子的独立标记，测试CPT对称性及轻子数破坏（LNV）。
• 通过右手中微子流实现与无中微子双贝塔衰变相当的LNV灵敏度。
• 证明利用现有及规划中的探测器探测标准模型之外的新物理的可行性，使用MeV中微子。

提出的方法

• 利用中微子亮度超过10^45个/秒的MeV中微子源，超越太阳中微子通量。
• 结合切伦科夫（C）、液闪（LS）和LENS（In-LS）探测器，通过In探测器标记电子中微子，通过LS中的p反应标记反电子中微子。
• 设计实验，通过调节基线与能量之比（L/E）以观测事件空间分布中的多个振荡极大值与极小值。
• 利用LENS探测器对电子中微子与反电子中微子事件响应的差异，实现对CPT和LNV的精确研究。
• 应用包含右手中微子流的理论框架，模拟轻子数破坏过程，并将其截面与无中微子双贝塔衰变中的截面进行比较。
• 利用现有探测器技术和束流源，实现实验在短期内无需新建加速器设施即可开展。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用MeV中微子束和现有探测器，在短基线上观测到活性-惰性中微子振荡？
• RQ2 通过调节L/E，中微子探测器中味存活波的空间调制程度在多大程度上可被解析？
• RQ3 能否利用LENS探测器中带标记的电子中微子与反电子中微子事件，以高精度检验CPT对称性？
• RQ4 MeV中微子源对轻子数破坏的灵敏度如何？与无中微子双贝塔衰变相比有何差异？
• RQ5 中微子相互作用中通过右手中微子流介导的过程能否实现与无中微子双贝塔衰变相当的LNV灵敏度？

主要发现

• 中微子亮度超过10^45个/秒的MeV中微子源可实现对活性-惰性混合的高灵敏度探测。
• 由于味存活波引起的空间调制，中微子事例分布的调制可借助调节L/E比的探测器直接观测到。
• LENS探测器能通过In源标记电子中微子、通过LS中p反应标记反电子中微子，实现对CPT和LNV的高精度研究。
• 通过右手中微子流实现的轻子数破坏灵敏度达到与无中微子双贝塔衰变实验相当的水平。
• 所提出的实验设置可探测多种振荡模式，为惰性中微子参数提供一种全新的直接探测手段。
• 本研究证实，现有及近期即将建成的探测器可无需新建基础设施，用于利用MeV中微子探索新物理。