弥散超新星中微子背景的未知因素阻碍新物理探索

在宇宙学距离上传播的中微子是探索新物理的理想探针。我们利用即将实现的弥散超新星中微子背景（DSNB）探测，来探索如果 DSNB 表现出与理论预测的偏离，我们能否明确地将这种修改归因于新物理。为此，我们重点关注可见中微子衰变。中微子衰变的许多特征与进入 DSNB 建模的天体物理未知因素存在简并。如果天体物理不确定性和探测器背景能够得到完全控制，下一代中微子观测站（如 Hyper-Kamiokande、JUNO 以及 DUNE）将在 $90\%$ C.L. 下对中微子寿命与质量之比设定严格限制，达到 $\tau/m \sim 10^{9}$-$10^{10}$ s eV$^{-1}$。然而，如果最轻中微子几乎无质量且中微子质量排序为正常排序，那么在未来几十年内现实地约束可见衰变将是不可能的。我们还评估了区分不同新物理场景（如可见衰变、不可见衰变和准 Dirac 中微子）的挑战，这些场景在 DSNB 中都会导致相似的特征。这项工作表明，DSNB 探索新物理的潜力强烈依赖于对下一代中微子观测站实验背景的进一步理解以及 DSNB 建模的进展。