探测大气中微子实验中非标准相互作用的新方法

我们提出一种新方法，在能够识别缪子电荷的 ICAL 类探测器上，利用重建缪子可观测量中的振荡谷和振荡谷值来探索大气中微子实验中的中性流非标准中微子相互作用（NSI）。我们聚焦于味改变 NSI 参数 $\varepsilon_{\mu\tau}$，它对这类实验中缪子存活概率的影响最大。我们表明非零 $\varepsilon_{\mu\tau}$ 使重建的 $\mu^-$ 和 $\mu^+$ 上/下事件比值的 $L/E$ 分布中的振荡谷位置向相反方向移动。我们引入一个新变量 $\Delta d$ 表示 $\mu^-$ 和 $\mu^+$ 中谷位置之差，它对 $\varepsilon_{\mu\tau}$ 的大小和符号都敏感，且独立于 $\Delta m^2_{32}$ 的值。我们进一步注意到，在 NSI 存在时，重建缪子可观测量的 ($E$, $\cos \theta$) 平面中的振荡谷会发生弯曲，其曲率对 $\mu^-$ 和 $\mu^+$ 具有相反的符号。我们展示了利用该曲率识别 NSI，这对于具有优异缪子能量和方向分辨率的 ICAL 类探测器是可行的。我们说明了如何测量 $\mu^-$ 和 $\mu^+$ 中谷曲率的对比来估计 $\varepsilon_{\mu\tau}$。使用这些提出的振荡谷和谷值测量，在 500 kt$\cdot$yr 曝光下，90% C.L. 对 $|\varepsilon_{\mu\tau}|$ 的可达精度约为 2%。统计涨落、系统误差和振荡参数不确定性的影响已使用多组模拟数据加以考虑。我们的方法将在多 GeV 能量范围内提供对 $\varepsilon_{\mu\tau}$ 的直接且稳健的测量。