利用液氩探测器通过未来超级束流探索三味效应

近期对较大 $\theta_{13}$ 值的测量标志着在确立中微子标准三味振荡图像方面取得了重要突破。这为在当前和未来的长基线实验中探索次主导的三味效应提供了机会。在本文中，我们对两个未来超级束流设施 LBNE 和 LBNO 在其运行第一阶段解决中微子质量层级、$\theta_{23}$ 象限以及轻子 CP 破坏问题的物理潜力进行了比较研究。我们还发现，通过加入 T2K 和 NOvA 的预计数据，可以显著提高这些未来设施的灵敏度。配备 10 kt 探测器的独立 LBNO 装置，对于 $\sin^2\theta_{23}(\text{true}) = 0.34$ 的最低允许值，其质量层级发现 reach 超过 7$\sigma$。该结果对任何真实的 $\delta_{CP}$ 和层级选择均有效。LBNE10 与 T2K 和 NOvA 结合，可对任何 $\delta_{CP}$、$\sin^2\theta_{23}$ 和层级选择实现 3$\sigma$ 的层级区分。同样的组合可为 $\sin^2\theta_{23}(\text{true}) \leq 0.44$ 或 $\sin^2\theta_{23}(\text{true}) \geq 0.58$ 的所有 $\delta_{CP}(\text{true})$ 值提供 3$\sigma$ 的象限分辨。LBNO 使用 10 kt 探测器质量可给出类似结果。在其第一阶段，配备 20 kt 探测器的 LBNE10 和 LBNO 均可在 2$\sigma$ 置信水平下对约 50% 的真实 $\delta_{CP}$ 值确立轻子 CP 破坏。对于 LBNE10，假设 $\sin^2\theta_{23}(\text{true}) = 0.5$，通过结合 T2K 和 NOvA 数据，3$\sigma$ 的 CP 覆盖范围可从 3% 提升至 43%。对于 LBNO 装置，若加入 T2K 和 NOvA 数据，则可对 46% 的真实 $\delta_{CP}$ 值实现 3$\sigma$ 的 CP 破坏发现。