技术设计报告 (TDR)：在 J-PARC MLF �搜寻惰性中微子 (E56, JSNS2)

本文档描述了 JSNS$^2$（J-PARC 散裂中子源惰性中微子搜寻）实验的技术细节。搜寻惰性中微子目前是中微子物理中最热门的课题之一。JSNS$^2$ 实验旨在 J-PARC 材料与生命科学实验设施 (MLF) 搜寻 $\Delta m^2$ 接近 1 eV$^2$ 的中微子振荡。3 GeV 质子的 1 MW 束流轰击散裂中子靶，通过静止 μ 子衰变产生强中微子束。中微子主要来自 $\mu^+$ 衰变：$\mu^{+} \to e^{+} + \bar{\nu}_{\mu} + \nu_{e}$。实验将搜寻 $\bar{\nu}_{\mu}$ 到 $\bar{\nu}_{e}$ 的振荡，该振荡通过逆 β 衰变相互作用 $\bar{\nu}_{e} + p \to e^{+} + n$ 探测，随后是中子被 Gd 俘获产生的 γ 射线。探测器有 17 吨的靶体积，位于距汞靶 24 米处。JSNS$^2$ 对 LSND 异常提供了最终的直接检验。除搜寻惰性中微子外，物理项目还包括利用静止 μ 子衰变产生的数十 MeV 中微子，以及静止 K 介子衰变产生的 236 MeV 单色中微子进行截面测量。这些截面与我们对超新星爆发和核物理的理解有关。