在 CERN SPS 上 tau 中微子产生的研究

DsTau 项目提议研究高能质子相互作用中的 tau 中微子产生。该实验的结果是测量 $\nu_\tau$ 带电流截面的前提，而该截面此前从未被精确测量过。精确测量该截面将能够检验 $\nu_\tau$ 散射中的轻子普适性，并对中微子振荡实验和高能天体物理 $\nu_\tau$ 观测具有实际意义。本文将通过一种检测 $D_s \rightarrow \tau\nu_\tau$ 和 $\tau\rightarrow\nu_\tau X$ 衰变双扭折拓扑的新方法，研究高能质子相互作用后产生 tau 中微子的源——$D_s$ 介子。直接测量 $D_s\rightarrow \tau$ 衰变将提供 $D_s$ 产生率和 $\tau$ 衰变分支比的包容性测量。$D_s$ 的动量重建将通过结合拓扑变量来完成。本项目旨在通过钨靶中 $2.3 \times 10^8$ 次质子相互作用探测 1,000 次 $D_s \rightarrow \tau$ 衰变，以研究 $D_s$ 介子的微分产生截面。为此，将使用具有纳米精度读出的最先进乳胶探测器。本项目生成的数据将使 DONUT 实验的 $\nu_\tau$ 截面得以重新评估，这应能显著降低总系统不确定性。此外，这些结果将为未来的 $\nu_\tau$ 实验（如 CERN SHiP 项目的 $\nu_\tau$ 计划）提供基础数据。另外，对 $2.3 \times 10^8$ 次质子相互作用的分析，结合预期作为副产物的 $10^5$ 次粲衰变高产额，将能提取额外的物理量。