大气中的惰性中微子

我们研究了大气中惰性中微子的产生及其在超级神冈探测器 (Super-Kamiokande) 中的探测。质量范围在 $1\,{\rm MeV} \lesssim M_N \lesssim 105\,{\rm MeV}$ 的惰性中微子由μ子或π介子衰变产生，并衰变为电子 - 正电子对和一个活性中微子。此类惰性中微子的衰变会在探测器中留下两个类电子切伦科夫环。我们根据已确立的活性中微子通量估算了惰性中微子通量，并研究了探测器中的衰变事件数量。通过比较来自惰性中微子衰变的 $2e$ 类事件与超级神冈观测到的数据，获得了活性 - 惰性混合的上限。对于 $20 \,{\rm MeV} \lesssim M_N \lesssim 80 \,{\rm MeV}$，μ子型混合 $\Theta_\mu$ 的上限被确定为 $|\Theta_\mu|^2 \lesssim 5 \times 10^{-5}$，这比之前的估计显著放宽。我们证明，环的张角和总能量可作为诊断工具，用于在进一步的数据积累和未来升级设施中发现惰性中微子。事件的方向不对称性是衡量惰性中微子通量在前往探测器途中因衰变而减弱的敏感指标。