利用下一代中微子探测器测量宇宙射线能谱

我们研究了即将建成的千吨级中微子探测器（如 Hyper-Kamiokande）在确定初级宇宙射线能谱方面的能力。与在特定高度和位置测量宇宙射线通量的传统卫星和气球实验不同，这些探测器提供全天候覆盖和长期监测。通过分析由宇宙射线相互作用产生的大气中微子通量，我们证明未来的探测器能够以高统计显著性区分各种宇宙射线模型，即使在考虑中微子截面和强相互作用的不确定性时也是如此。我们引入了一种利用中微子测量重建初级宇宙射线能谱的技术，将通量不确定性从约 20% 降低至约 7%。然后我们表明，Hyper-K 有潜力将对中微子振荡参数（如 $\sin^2\theta_{23}$）的灵敏度提高 2 倍。我们的结果突出了中微子探测器在宇宙射线物理中的互补作用，及其在粒子天体物理学精确测量中的关键重要性。