中微子望远镜中的重中微子衰变

最近有提议指出，质量为 m_h=40--80 MeV、混合比为 |U_{\mu h}|^2=10^{-3}--10^{-2}、寿命为 \tau_h \lsim 10^{-9} s 且具有主导衰变模式（\nu_h \to \nu_\mu \gamma）的惰性中微子 \nu_h，可能是 LSND、KARMEN 和 MiniBooNE 实验中观测到的反常现象的起源。这种粒子在空气簇射内部会很丰富，因为它可以在 K 介子衰变中产生（K -> \nu_h \mu, K_L -> \nu_h \pi \mu）。我们使用 Z-moment 方法来评估其大气通量及其在中微子望远镜内部的衰变频率。我们表明，\nu_h 将在像 ANTARES 或 IceCube 的 DeepCore 这样 0.03 km^3 的望远镜内部每年产生约 10^4 次包含簇射。这些事件将具有特征的能量和天顶角分布（E_\nu = 0.1--10 TeV 且 \theta < 90^o），这是重中微子的可达范围（不利于低能）与可观的产生率和衰变概率之间平衡的结果。来自包含中微子事件（\nu_e N \to e X 和高非弹性中性流相互作用）的标准背景要小 100 倍。因此，尽管从实验角度来看可能具有挑战性，但在 ANTARES 和 IceCube 的搜索可以确认这种重中微子的可能性。