物质中的非辐射性中微子衰变：约束与前景

由于具有质量，中微子可以发生衰变。较重的中微子可以衰变为较轻的中微子和无质量的标量或仪标量玻色子，如马约он。在密集物质中（如坍缩超新星内部密集区域），两种非辐射性衰变可能发生。我们首先推导了关于中微子-马约ون耦合的新型上界，这基于中微子在物质中非辐射性两体衰变引起的光谱失真，并对来自 SN1987A 的 24 个 $\bar{\nu}_e$ 事件进行二维似然分析。随后我们探讨了从未来银河系坍缩超新星（可能留下中子星或黑洞）获取中微子-马约ون耦合信息的前景。为此，我们利用详细的三维超新星模拟信息，考虑与逆β衰变相关的超新星中微子信号，以及在即将到来的 JUNO 和 Hyper-Kamiokande 探测器中的中微子-氩散射，或在 DUNE 中的中微子-原子散射，或在 DARWIN 实验中的协同中微子-核散射。在完整的 3 $\nu$ 框架下，基于中微子在物质中衰变引起的光谱失真，我们进行二维似然分析，给出中微子-马约ون耦合的前景限制。我们的结果表明，未来超新星的观测将显著改善当前约束，尤其是来自 SN1987A 和中微子无辐射双β衰变的约束。最后，我们探讨了中微子在物质中的衰变对过去超新星爆炸形成的超新星中微子背景（DSNB）的影响。我们首次表明黑洞贡献的影响是重要的，并且在 Hyper-Kamiokande 中会将 DSNB 事件数改变数十%。