COSINUS 对下一次银河核心坍塌超新星的中子子流灵敏度

虽然中子子常被视为许多暗物质实验的背景，但这些粒子为物理学提供了新的途径：探测核心坍塌超新星。超新星是极其能量、暴力且复杂的事件，标志着巨型恒星的死亡。在其坍塌过程中，恒星会释放大量中子子在短时间内产生。这些中子子携带 99% 的辐射能量，使其检测成为理解超新星的关键。本文阐述了 COSINUS（Cryogenic Observatory for SIgnatures seen in Next-generation Underground Searches，即面向下一代地下搜索的热ronic 观测站）——一种基于氢化钠（NaI）的暗物质搜索实验——将如何对下一次银河核心坍塌超新星保持灵敏度。该实验由两个独立探测器组成，分别对遥远和近距离的超新星保持灵敏度。实验的核心部由作为磨光热探测器的 NaI 晶体组成，这些晶体主要对中子子的相互作用（CE$\nu$NS）对 Na 和 I 原子核最为敏感。由于探测器质量较小，实验可对距离小于 1kpc 的超新星保持灵敏度，无叠穿现象。来自距离 200pc 处发生的超新星，探测器可探测数百次 CE$\nu$NS 事件。这些晶体位于半径为 230T 水罐中心，水罐装有 30 个光电倍增管。该水罐作为被动和主动屏蔽，能够探测来自环境和宇宙射线放射性的电荷粒子产生的 Cherenkov 辐射。一次距离银河中心约 10kpc 的超新星将轻易被探测，引发约 60 项可测量事件，水罐对距离 22kpc 以内的超新星具有 3$\sigma$灵敏度，探测约 10 项事件。本文表明，即使不进行专门的优化，现代暗物质实验也将在探测下一次银河核心坍塌超新星的多信使努力中发挥作用。