欧洲散裂中子源中微子超级束

在2012年测量到相对较大的中微子混合角 $\theta_{13}$ 后，首次观测轻子区可能存在的 CP 破坏的大门现已开启。$\theta_{13}$ 的测量值也使得在发现 CP 破坏时，第二振荡极大值比通常使用的第一极大值更具优势。与第一极大值相比，第二振荡极大值处的灵敏度约高出三倍，且受系统误差的影响较小。要利用第二振荡极大值，需要具有适当能量且强度极高的中微子束。作为世界上最强脉冲散裂中子源，欧洲散裂中子源将拥有一台功率为 5 MW、能量为 2 GeV 的质子直线加速器。这台正在建设中的直线加速器也有潜力成为世界上最强中微子束的质子驱动器，从而极有可能发现中微子 CP 破坏。本文评估了该中微子超级束与一台安装于距 ESS 约 500 km 处的百万吨级地下水切伦科夫中微子探测器相结合的物理性能。此外，选择此类探测器还将把物理项目扩展至质子衰变和天体物理搜索。本文描述了 ESS 质子直线加速器的升级、用于质子脉冲压缩的累积环、靶站、远探测器以及物理潜力。除中微子外，该设施还将同时产生大量介子，可供低能中微子设施用于惰性中微子搜索，或供未来的中微子工厂或介子对撞机使用。ESS 中子设施将于2023年全面就绪，届时可开始中微子设施的升级。