T2K 实验的中微子振荡物理潜力

近期在缪子中微子束流中观测到电子中微子出现以及对混合角 $\theta_{13}$ 的高精度测量，促使人们重新评估 T2K 长基线中微子振荡实验的物理潜力。除了测量 $\delta_{CP}$、$\sin^2\theta_{23}$ 和 $\Delta m^2_{32}$ 外，我们还探讨了针对中微子 CP 破坏、非最大 $\sin^22\theta_{23}$、$\theta_{23}$ 的象限以及质量层级等的灵敏度，涵盖了 $\nu$ 模式和 $\bar{\nu}$ 模式数据采集的各种组合。在 $7.8\times10^{21}$~protons-on-target 的曝光量下，假设 $\sin^2\theta_{23}=0.5$ 且 $\Delta m^2_{32} = 2.4\times10^{-3}$ eV$^2$，T2K 在 100\%(50\%) 中微子束流模式运行下，可实现 $\sin^2\theta_{23}$ 的 1-$\sigma$ 分辨率为 0.050(0.054)，$\Delta m^2_{32}$ 的分辨率为 $0.040(0.045)\times10^{-3}~\rm{eV}^2$。T2K 将在显著范围内以 90\% C.L. 或更高的置信度对 CP 破坏相 $\delta_{\rm{CP}}$ 具有灵敏度。例如，若 $\sin^22\theta_{23}$ 为最大（即 $\theta_{23}$=$45^\circ$），则对于正常质量层级，范围为 $-115^\circ<\delta_{\rm{CP}}<-60^\circ$；对于反常质量层级，范围为 $+50^\circ<\delta_{\rm{CP}}<+130^\circ$。当 T2K 数据与 NO$\nu$A 实验数据结合时，能够观测到非零 $\delta_{CP}$ 的振荡参数空间区域相比单独分析每个实验时显著扩大。