超新星中微子闪烁探测器：鉴别中微子质量层次的新途径

本文探讨了在中微子物理学领域尚未解决的问题——中微子质量等级的确定。研究者们提出了一种创新的方法，该方法基于闪烁探测器对超新星中微子的观察，特别是关注其在吸积和冷却阶段发生的两种关键过程：反向β衰变（IBD）和中性电流（NC）相互作用。这两种反应在$$ \bar{\nu}_e + p \rightarrow n + e^+ $$和$$ \nu(\bar{\nu}) + p \rightarrow \nu(\bar{\nu}) + p $$过程中表现不同，因为它们对中微子的风味转换有直接影响。 中微子质量等级的差异主要体现在Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein（MSW）效应上。在倒置层次结构（Inverted Hierarchy, IH）中，反电子中微子$$ \bar{\nu}_e $$与$$ \bar{\nu}_x $$（其中$$ x = \mu, \tau $$）几乎完全交换，而在正常层次结构（Normal Hierarchy, NH）中则不出现这种完全交换。因此，在倒置层次结构中，高能量IBD事件与NC事件的比例会显著高于正常层次结构，这种现象可用于区分两者。 作者Fei-Fan Lee、Feng-Shiuh Lee和Kwang-Chang Lai来自中国和台湾的研究机构，他们利用这一理论分析了超新星爆发期间在闪烁探测器中观测到的中微子信号，这些信号包含了不同能量和类型的中微子。通过对比和统计这两种反应事件的频率，研究人员有可能揭示出中微子质量等级的秘密，这是粒子物理学中的一个重要突破点。 文章发表于《欧洲物理杂志C》(Eur. Phys. J. C) 2019年，卷79，第131篇，并提供了DOI链接：10.1140/epjc/s10052-019-6633-7。这项研究强调了利用实际观测数据进行理论分析在探索基本粒子性质方面的重要性，并为未来中微子质量等级的精确测量提供了一个潜在的实验途径。