利用大气中微子在INO探测地球核心

拟建于印度中微子观测站(INO)的50 kt铁量能器(ICAL)探测器旨在以多GeV能量范围和宽路径长度探测大气μ中微子与μ反中微子。上行中微子穿过地球时经历依赖于密度的物质效应,可用于提取地球内部结构信息。由于地球物质效应对中微子与反中微子振荡模式的修正不同,ICAL区分 $\mu^-$ 与 $\mu^+$ 事件的能力在观测该物质效应中起着重要作用。借助良好角分辨率,ICAL在10年内可观测到约331个 $\mu^-$ 与146个 $\mu^+$ 事件,分别对应于穿过地核的中微子与反中微子。我们首次证明,ICAL能够通过排除仅由地幔和地壳组成的两层剖面(相对于PREM剖面拟合数据),以中位 $\Delta \chi^2$ 在正常质量序(NO)下7.45、反质量序(IO)下4.83(基于500 kt$\cdot$yr曝光量)来验证地球核心的存在。若不使用ICAL的电荷鉴别能力,这些灵敏度将退化为NO下 $\Delta\chi^2$ 3.76与IO下1.59。