非零 $\theta_{13}$ 对中微子质量顺序的启示

大亚湾、RENO 和 Double Chooz 实验已发现 $\theta_{13}$ 具有较大的非零值。我们提出了一项全局分析，涵盖了这三个实验、Chooz 实验、Super-K 大气数据，以及对质量顺序和 $\theta_{13}$ 符号敏感的 $\nu_\mu \rightarrow \nu_e$ T2K 和 MINOS 实验。我们报告了初步结果，其中除 $\theta_{13}$ 外的混合参数固定为近期全局分析所得数值。鉴于没有非零 CP 破坏的证据，我们假设 $\delta=0$。T2K 和 MINOS 处于 $L/E$ 的某个区域，在 $\theta_{13}\rightarrow 0$ 且无物质相互作用的极限下，该区域存在质量顺序简并。对于非零 $\theta_{13}$，这种对称性被部分打破，但在同时交换质量顺序和 $\theta_{13}$ 符号的情况下，简并仍然存在。物质效应打破了这种对称性，使得振荡概率中的峰值位置保持二重对称性，而振荡幅度则对质量顺序敏感。这使得具有不同基线和不同物质效应的 T2K 和 NO$\nu$A 联合起来能更好地区分质量顺序和 $\theta_{13}$ 的符号。$\theta_{13}$ 的大数值产生了来自大气数据的效果，从而能够区分不同的质量顺序。我们发现：对于正序、正 $\theta_{13}$，$\sin^22\theta_{13}=0.090\pm0.020$，其为正确组合的概率为 0.2%；对于正序、负 $\theta_{13}$，$\sin^22\theta_{13}=0.108\pm0.023$，概率为 2.2%；对于反序、正 $\theta_{13}$，$\sin^22\theta_{13}=0.110\pm0.022$，概率为 7.1%；对于反序、负 $\theta_{13}$，$\sin^22\theta_{13}=0.113\pm0.022$，概率为 90.5%。这些结果与两项类似分析不一致。