利用单 sterile 中微子与非标准物质效应应对短基线振荡异常

我们在两中微子 $\stackrel{\tiny{(-)}}{\nu}_{\mu}\rightarrow\stackrel{\tiny{(-)}}{\nu}_e$ 振荡近似下，结合非标准物质效应，检验了 MiniBooNE 中微子、MiniBooNE 反中微子和 LSND 反中微子数据集。我们假设这些效应可由一个与 $L$ 无关的有效势 $V_s=\pm A_s$ 参数化，该有效势仅由一个参与振荡的中间非弱相互作用（sterile）中微子态所经历，其中 $+/-$ 分别对应中微子/反中微子传播。我们详细讨论了产生此类振荡的数学框架，并推导了作为真空振荡参数 $\Delta m^2$ 和 $\sin^22\theta_{\mu e}$ 以及物质效应参数 $A_s$ 函数的相关振荡概率。我们能够成功拟合所有三个数据集，包括 MiniBooNE 低能超出，其最佳拟合模型参数为：$\Delta m^2=0.47$ eV$^2$，$\sin^22\theta_{\mu e}=0.010$，以及 $A_s=2.0\times10^{-10}$ eV。最佳拟合的 $\chi^2$ 概率为 21.6%，相比之下，将 $A_s$ 设为零（对应于 (3+1) sterile 中微子振荡模型）时的拟合概率为 6.8%。我们发现三个数据集之间的兼容性为 17.4%，而 $A_s=0$ 时仅为 2.3%。最后，基于拟合结果，我们考察了对反应堆、太阳和大气振荡的影响。本文提出的模型由经验驱动，但所得结果可直接用于研究各种现象学解释，如非标准物质效应。