利用 LHC 中微子实验的物理潜力进一步研究
高能物理 - 实验
2020-12-02 v1 高能物理 - 唯象学
仪器与探测器
摘要
我们讨论在 LHC 第 3 轮运行中进行中微子物理实验的方案，重点在于 tau 味。如我们先前论文 [arXiv:1903.06564v1] 所述，探测器可安装在退役的 TI18 隧道中，位于 ATLAS 洞穴下游约 480 m 处、LHC 弧段首批弯曲二极体之后。该位置处，从相互作用点 IP1 到 TI18 的束流视线延长线穿过约 100 m 岩石。探测器在大伪快度 eta 处拦截由 IP1 中 LHC 束流碰撞产生的高强度中微子通量，此处中微子能量可超过 1 TeV。本文聚焦于优化实验的全局特征，如探测器质量与接收度。由于中微子-核子相互作用截面随能量近乎线性增长，探测器可做得轻巧，仍能收集可观的中微子事例样本；在本研究中其质量小于 3 吨。探测器置于束流轴外、略高于 LHC 束流直线段理想延长线上方，覆盖 7.4 < eta < 9.2。在此构型下，高能（0.5–1.5 TeV 及以上）通量被发现主要由直接来自 IP1 的中微子主导，多源于粲衰变，其中约 50% 为电子中微子、约 5% 为 tau 中微子。借助嵌入 LHC 光学的模拟研究了π介子与 K 介子衰变对μ子中微子通量的贡献，发现其在高能处很小。上述研究表明，在第 3 轮运行交付 150 /fb 的 LHC 亮度下，该实验可记录数千例极高能中微子带电流相互作用以及超过 50 例 tau 中微子带电流事例。
引用
@article{arxiv.2004.07828,
title = {Further studies on the physics potential of an experiment using LHC neutrinos},
author = {N. Beni and M. Brucoli and V. Cafaro and F. Cerutti and G. M. Dallavalle and S. Danzeca and A. DeRoeck and A. De Rujula and D. Fasanella and V. Giordano and C. Guandalini and A. Ioannisyan and D. Lazic and A. Margotti and S. Lo Meo and F. L. Navarria and L. Patrizii and T. Rovelli and M. Sabate-Gilarte and F. Sanchez Galan and P. Santos Diaz and G. Sirri and Z. Szillasi and C. -E. Wulz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.07828},
year = {2020}
}
备注
2+20 pages, 15 figures. It is a follow-up of paper arXiv:1903.06564v1 (2019/03/05). arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1910.11340