MiniBooNE反常现象的实验与唯象研究

本论文涵盖了一系列旨在阐明 MiniBooNE 低能超出(LEE)$4.8\sigma$ 起源的实验与理论工作。我们首先介绍后续实验 MicroBooNE,该实验于 2016 至 2021 年间在 BNB 束流线上取数。本论文具体展示了 MicroBooNE 对与两体散射一致的 $\nu_e$ 带电流准弹性(CCQE)相互作用的搜寻。该两体 CCQE 分析采用一种新颖的重建流程,包含若干基于深度学习的算法,以 $75\%$ 的纯度筛选出 $\nu_e$ CCQE 相互作用候选样本。该分析在 $2.4\sigma$ 置信水平下排除了完全基于 $\nu_e$ 的 MiniBooNE 超出解释。接下来,我们对 MicroBooNE 与 MiniBooNE 数据在流行的 $3+1$ 模型下做联合拟合;即便在 MicroBooNE 结果之后,$\Delta m^2$-$\sin^2 2_{\theta_{\mu e}}$ 参数空间中仍存在 $3\sigma$ 置信水平下的允许区域。本论文还表明,MicroBooNE 数据与基于 $\overline{\nu}_e$ 的 MiniBooNE LEE 解释在 $<2\sigma$ 置信水平下一致。随后,我们研究了一种将 $3+1$ 模型与偶极耦合重中性轻子(HNL)相结合的 MiniBooNE 超出的唯象解释。研究表明,一个 500 MeV 的 HNL 可在 $2\sigma$ 置信水平下符合 LEE 的能量与角分布,同时避开由 MINER$\nu$A 弹性散射数据导出的严格约束。最后,我们讨论了 Coherent CAPTAIN-Mills 实验——一台位于洛斯阿拉莫斯国家实验室的 10 吨基于光探测的液氩探测器。由一种新颖的基于切伦科夫的重建算法实现的本底抑制,将使该实验对包括偶极耦合 HNL 在内的若干超越标准模型物理情形具备世界领先的灵敏度。