大 $\theta_{13}$ 下长基线中微子振荡的系统误差

我们研究了大 $\theta_{13}$ 条件下未来长基线中微子振荡实验的物理潜力，特别关注系统误差。我们讨论了超级束流（superbeams）、$\beta$束流和中微子工厂，并首次在这些实验之间就系统误差进行了同等基础的比较。我们明确模拟了所有实验的近探测器，对所有实验使用了相同的系统误差实现方案，并根据实际情况在探测器、振荡通道和束流极化之间完全关联了这些误差。作为主要性能指标，我们使用了 CP 破坏相角 $\deltacp$ 测量可达到的精度。我们发现，中微子工厂是唯一能够以与其夸克部分对应物相当的精度测量 $\deltacp$ 的仪器。所有峰值能量 $\gtrsim 2$ GeV 的中微子束流对于系统误差都具有相当的鲁棒性，而特别是 $\beta$束流和 $\theta_K$ 在准弹性区域受到大截面不确定性的严重影响，加之其无法在近探测器处测量出现信号截面。一个值得注意的例外是 $\gamma=100$ 的 $\beta$束流与基于 SPL 的超级束流的组合，其中所有相关截面都可以以自洽的方式进行测量。这提供了仅次于中微子工厂的性能。对于其他超级束流实验，如 LBNO 和在 LBNE 重构工作背景下研究的装置，统计量被证明是瓶颈。在几乎所有情况下，近探测器对于控制系统误差并非关键，因为只要三中微子味振荡框架有效，对出现和消失数据的联合拟合已将系统误差的影响限制在很小的范围内。