KARMEN：升级后的中子振荡限值与展望

中子实验 KARMEN 位于 ISIS 束流制动中子源处。它提供来自 $\pi^+ \mu^+$ 静止衰变的 $\nu_\mu$, $\nu_e$ 和 $\bar{\nu}_\mu$。在距离中子源平均为 17.6m 的 56t 液体 Scintillation 能量沉积体中，研究振荡通道 $\nu_\mu \to \nu_e$ 和 $\bar{\nu}_\mu \to \bar{\nu}_e$。KARMEN 未发现振荡证据，导致 \nu_\bar{\mu} \to \bar{\nu}_e 的 90% 置信区间排除限为 $\sin^2 2\theta < 8.5 \times 10^{-3}$，$\nu_\mu \to \nu_e$ 为 $\sin^2 2\theta < 4.0 \times 10^{-2}$（当 $\Delta m^2 > 100$ eV$^2$ 时）。1996 年，KARMEN 中子实验通过添加抗共振系统进行了升级。抗共振系统可抑制穿过探测器 7000t 巨型铁防护屏的高能宇宙 $\mu$，从而抑制由 $\mu$ 在铁中深不可见散射和 $\mu$ 捕获产生的高能中子。直到 1996 年，这些穿透探测器的中子仍是 $\bar{\nu}_\mu \to \bar{\nu}_e$ 振荡搜索中的主要背景。随着背景率预计降低约 40 倍，实验对 $\bar{\nu}_\mu \to \bar{\nu}_e$ 的灵敏度将显著提升，目标灵敏度可达 $\sin^2 2\theta = 10^{-3}$（在大 $\Delta m^2$ 条件下）。