短基线中微子异常解释的实验检验

中微子振荡的实验观测深刻影响了中微子物理，使其从理论上的清晰理解变为需要超出粒子物理标准模型的新物理。事实上，中微子质量之谜意味着存在从未被观测到的新粒子，常被称为惰性中微子，因为它们不会经历标准弱相互作用。尽管中微子振荡测量已进入精度时代，达到百分之一水平的精度，许多实验结果仍显示出与标准模型的显著偏差，其基线远短于典型振荡基线，如 LSND、MiniBooNE、镓实验和反应堆反中微子测量。这些短基线异常可由添加一个质量在 $1-10~\text{eV}$ 范围的轻惰性中微子来解释，但这与许多零结果实验观测强烈矛盾。其他依赖于质量在 $1-500~\text{MeV}$ 范围的惰性中微子的解释或可化解该矛盾。本文检验这两类模型。一方面，我们寻找在短基线收集的可约束重惰性中微子模型的数据集。我们发现最小模型已被完全约束，但该模型的若干扩展可能削弱当前约束，并可由当前及未来数据集检验。另一方面，我们利用 MicroBooNE 实验（一个专为分辨每次中微子相互作用细节而设计的液氩时间投影室）收集的数据，检验由轻惰性态诱导的短基线中微子振荡的存在。我们报告了两项分析的零结果，进一步约束了短基线异常可能解释的空间。若新物理藏于短基线异常谜题之后，它绝非线性简单模型所能描述。