提案：在 J-PARC 物质与生命科学实验设施搜寻惰性中微子
仪器与探测器
2013-10-08 v1 高能物理 - 实验
摘要
我们提议在 J-PARC 物质与生命科学实验设施（MLF）进行明确的惰性中微子搜寻。利用 3 GeV 快速循环同步加速器（RCS）和散裂中子靶，可获得来自静止μ子衰变（DAR）的强流中微子束。中微子源自 \mu+ 衰变，待搜寻的振荡过程为 (anti \nu \mu -> anti \nu e)，该过程通过逆\beta 衰变相互作用 (anti \nu e + p -> e+ + n) 进行探测，随后伴随中子俘获产生的伽马射线。与 LSND 及使用磁horn 聚焦束流的实验相比，本提案实验的独特特征在于：(1) J-PARC RCS 产生的脉冲束流具有约 600 ns 的散裂宽度，结合μ子的长寿命，使我们能够仅选择源自\mu DAR 的中微子。(2) 由于\pi- 和\mu- 的核吸收，源自\mu- 衰变的中微子被抑制至约 水平。(3) 中微子截面已知良好，逆\beta 衰变截面的精度已知为百分之几。(4) 中微子能量可通过正电子能量加上约 1.8 MeV 计算得出。(5) anti \nu \mu 和 \nu e 通量具有不同且定义明确的能谱，这使我们能够将振荡信号与源自\mu- 衰变污染的信号区分开来。我们提议分阶段进行振荡搜寻，因为待搜寻的 \Delta m^2 区域可能位于 sub-eV^2 到数十 eV^2 之间的任何位置。我们首先考察大 \Delta m^2 区域，这可先通过短基线实验完成。在靠近 MLF 靶的位置可提供高中微子通量，从而允许使用相对较小的探测器。若未发现明确的正信号，未来可选择覆盖小 \Delta m^2 区域，这需要相对较长的基线并需要大型探测器以补偿降低的中微子通量。
引用
@article{arxiv.1310.1437,
title = {Proposal: A Search for Sterile Neutrino at J-PARC Materials and Life Science Experimental Facility},
author = {M. Harada and S. Hasegawa and Y. Kasugai and S. Meigo and K. Sakai and S. Sakamoto and K. Suzuya and E. Iwai and T. Maruyama and K. Nishikawa and R. Ohta and M. Niiyama and S. Ajimura and T. Hiraiwa and T. Nakano and M. Nomachi and T. Shima and T. J. C. Bezerra and E. Chauveau and T. Enomoto and H. Furuta and H. Sakai and F. Suekane and M. Yeh and G. T. Garvey and W. C. Louis and G. B. Mills and R. Van de Water},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.1437},
year = {2013}
}