JUNO对中子不可见衰变模式的灵敏度探索

我们探讨了在JUNO液体 scintillator 检测器中中子衰变为不可见粒子（如 $n\rightarrow 3 \nu$ 或 $nn \rightarrow 2 \nu$）的过程，这些衰变不产生可观测信号。不可见衰变包括两种衰变模式：$n \rightarrow { inv}$ 和 $nn \rightarrow { inv}$。 $^{12}{\rm C}$ 中 $s$-壳中中子的不可见衰变将留下高度激发的残余核。随后，激发残余核的某些去激发模式可在JUNO检测器中产生时间和空间相关的三重同 coincident 信号。基于充分的蒙特卡罗模拟，并结合最新可用数据，我们估计了所有背景，包括反β衰变事件由反应堆反中子 $\bar{\nu}_e$，天然放射性，宇宙射线同位素以及大气中子的中性色散相互作用。采用脉冲形态判别和多变量分析技术进一步抑制背景。对于两年的暴露，JUNO预计比当前最佳限制提高一个数量级。数据采集10年后，JUNO在90%置信水平下的预期灵敏度为 $\tau/B( n \rightarrow { inv} ) > 5.0 \times 10^{31} \, {\rm yr}$ 和 $\tau/B( nn \rightarrow { inv} ) > 1.4 \times 10^{32} \, {\rm yr}$。