中微子穿过物质时的退相干及来自 IceCube/DeepCore 的约束

我们在物质中重新审视中微子振荡，采用开放量子系统框架，该框架允许以唯象方式引入由新物理可能产生的退相干效应。我们假设退相干参数 $\gamma_{ij}$ 可能依赖于中微子能量，形式为 $\gamma_{ij}=\gamma_{ij}^{0}(E/\text{GeV})^n$ $(n = 0,\pm1,\pm2)$。我们详细研究了非均匀物质情形，包括在绝热近似下以及更一般下的非绝热情形。特别地，我们发展了一种一致的形式体系来研究非绝热情形，将物质分布剖面划分为任意数量的恒定密度层。随后将该形式体系应用于探索 IceCube 与 DeepCore 对此类效应的灵敏度。我们的研究是首个在存在退相干的情况下对三中微子情形中物质效应进行一致处理的大气中微子分析。我们表明物质效应在此背景下确实极其重要。我们发现，对于 $n=0,1,2$，IceCube 能够相对于当前在太阳区 ($\gamma_{21}$) 和大气区 ($\gamma_{31}$ 与 $\gamma_{32}$) 的界限有显著改进，特别是对于 $n=1,2$ 情形，改进达数个数量级（介于 3 与 9 之间）。对于 $n=0$，我们发现对于正常（反转）质量排序，有 $\gamma_{32},\gamma_{31}< 4.0\cdot10^{-24} (1.3\cdot10^{-24})$ GeV 以及 $\gamma_{21}<1.3\cdot10^{-24} (4.1\cdot10^{-24})$ GeV。