[论文解读] The Intermediate Neutrino Program

C. Adams, J. Alonso+187 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2015

Neutrino Physics Research参考文献 46被引用 5

一句话总结

中间中微子计划提出了一项协调一致的、多方面的研究策略，旨在推进当前与下一代实验之间的中微子物理学研究。该计划强调对中微子振荡参数的精确测量、中微子-核相互作用的建模改进，以及对短基线异常、惰性中微子和中微子新奇性质的探索，以探测标准模型之外的新物理。

ABSTRACT

The US neutrino community gathered at the Workshop on the Intermediate Neutrino Program (WINP) at Brookhaven National Laboratory February 4-6, 2015 to explore opportunities in neutrino physics over the next five to ten years. Scientists from particle, astroparticle and nuclear physics participated in the workshop. The workshop examined promising opportunities for neutrino physics in the intermediate term, including possible new small to mid-scale experiments, US contributions to large experiments, upgrades to existing experiments, R&D plans and theory. The workshop was organized into two sets of parallel working group sessions, divided by physics topics and technology. Physics working groups covered topics on Sterile Neutrinos, Neutrino Mixing, Neutrino Interactions, Neutrino Properties and Astrophysical Neutrinos. Technology sessions were organized into Theory, Short-Baseline Accelerator Neutrinos, Reactor Neutrinos, Detector R&D and Source, Cyclotron and Meson Decay at Rest sessions.This report summarizes discussion and conclusions from the workshop.

研究动机与目标

• 通过确定关键研究优先事项，弥合当前中微子实验与下一代长基线中微子设施（ELBNF）之间的差距。
• 改进中微子相互作用建模，特别是$ u_e$出现信号的建模，这对探测轻子CP破坏至关重要。
• 通过专门实验解决持续存在的短基线异常，并探究惰性中微子的存在。
• 加强高能物理理论家、核理论家与实验学家之间的合作，以克服中微子信号分析中的制度性与方法论障碍。
• 探索基本对称性与中微子新奇性质，包括磁矩、CPT不变性以及与暗物质的相互作用。

提出的方法

• 提出协调一致的实验与理论研究计划，利用太阳、大气、反应堆和加速器中微子源的数据，精炼中微子振荡参数。
• 倡导通过将强子层次夸克动力学与核多体理论相结合，改进中微子-核相互作用的建模，以减少信号重建中的不确定性。
• 建议开展专门的短基线实验，测量$L/E$依赖性，以检验先前实验中观测到的异常的振荡假说。
• 鼓励投资于超新星中集体中微子振荡的理论与实验研究，以指导未来探测器设计。
• 呼吁加强高能物理（HEP）理论家、核理论家与实验学家之间的合作，弥合探测器模拟、微扰QCD与模型构建之间的差距。
• 推动利用现有大型地下探测器（例如，超级神冈）探测核子衰变并研究中微子新奇性质。

实验结果

研究问题

• RQ1 中微子的绝对质量量级是多少？能否通过氚贝塔衰变实验测量？
• RQ2 在ELBNF实验之前，能否确定中微子质量顺序？这对CP破坏的搜索有何影响？
• RQ3 中微子-核相互作用建模中的不确定性在多大程度上可以降低，以实现对$ u_e$出现信号的百分之一水平控制？
• RQ4 过去实验中观测到的短基线异常是否源于惰性中微子振荡？能否通过$L/E$依赖性测量加以证实？
• RQ5 高能天体物理中微子（例如，来自IceCube的中微子）揭示了中微子的味组成、起源及其内在性质的哪些信息？

主要发现

• 精确掌握中微子质量顺序对于在ELBNF实验之前获得轻子CP破坏相位的初步迹象至关重要。
• 为发现轻子CP破坏，必须实现对$ u_e$出现信号的百分之一水平控制，而当前的不确定性主要源于中微子-核相互作用建模。
• 改进中微子-核相互作用建模至关重要，因为当前方法缺乏强子层次理论与核多体物理之间的整合。
• 惰性中微子的存在仍是解释短基线异常的主流解释，但其确认需要在新实验中进行$L/E$依赖性测量。
• 应优先现在就理解集体中微子振荡，因为这一知识将直接影响未来探测器的设计，尤其是在超新星中微子探测方面。
• 即使在尚未发现新物理的情况下，中微子实验也能提供对基本对称性（包括CPT不变性、洛伦兹不变性及磁矩）最敏感的检验之一。