水切伦科夫探测器中的钆改善了对超新星 $\nu_e$ 的探测

探测超新星 $\nu_e$ 对于检验超新星和中微子物理至关重要，但其产额很小，而来自其他反应道的本底很大，例如在超级神冈探测器中分别约为 $\sim 10^2$ 和 $\sim 10^4$ 个事例。我们开发了一种利用载钆水切伦科夫探测器来分离超新星 $\nu_e$ 的新方法。$\nu_e + e^- \rightarrow \nu_e + e^-$ 反应的前向峰值特性允许进行角度截断，从而包含大多数事例。即使在狭窄的锥角内，近各向同性的反贝塔衰变事例 $\bar{\nu}_e + p \rightarrow e^+ + n$ 仍然是很大的本底。通过钆上的辐射俘获进行中子探测，可以高效地逐个识别本底事例。剩余的本底更小，并且可以单独测量，因此可以进行统计扣除。载钆的超级神冈探测器能够以 $\sim$ $20\%$ 或更好的精度（$90\%$ 置信水平）分别测量超新星 $\nu_e$ 的总能量和平均能量。载钆的超极神冈探测器可以将此精度提高约 5 倍。这种精度将允许对超新星中微子发射、中微子混合和奇异物理进行强有力的检验。除非建造非常大的液氩或液体闪烁体探测器，否则这是保证精确测量超新星 $\nu_e$ 的唯一途径。