基于最新恒星形成率测量与长期多维超新星模拟的弥漫超新星中微子背景

当前及未来的中微子探测器如超级神冈(SK)、江门中微子实验(JUNO)、超级神冈升级版(HK)和DUNE有望实现对弥漫超新星中微子背景(DSNB)的探测。然而,DSNB模型的组成成分如核坍缩超新星(CCSN)率、中微子发射谱以及失败超新星的比例尚不精确已知。我们通过以下方式量化各组成成分的不确定性:(i) 汇编近期恒星形成率密度测量的大型数据库,(ii) 结合来自长期轴对称CCSN模拟的中微子发射以及估算原中子星冷却阶段发射的策略,以及(iii) 假设不同的失败超新星模型。最后,我们计算了多个实验处的通量与事件率,并对SK加钆升级与JUNO显著探测到DSNB所需时间进行了简化统计估计。我们的基准模型预测在SK采用Gd标记时通量为 $5.1\pm0.4^{+0.0+0.5}_{-2.0-2.7}\,{\rm cm^2~s^{-1}}$,或每年 $3.6\pm0.3^{+0.0+0.8}_{-1.6-1.9}$ 个事件,其中误差分别代表来自恒星形成率密度测量、中微子发射不确定性以及失败超新星情景的不确定性。在此基准计算中,我们可在约2030年通过SK-Gd看到 $3\sigma$ 探测,并在约2035年通过SK-Gd/JUNO联合分析看到 $5\sigma$ 探测,但本底抑制仍然至关重要。