DUNE实验中中微子隐形衰变对θ23测量的深刻影响与τ3寿命探索

本文主要探讨了在DUNE（Deep Underground Neutrino Experiment）实验的框架下，关于中微子的无形衰变现象及其对测量θ23（θ_23）这个关键的混合角产生的影响。研究者假设第三质量本征态（通常关联到ν_3中微子）是不稳定的，它会通过衰变转化为轻型无味中微子（sterile neutrino）以及可能的标量或准标量粒子。DUNE计划采用5年中微子模式和5年反中微子模式的数据收集，其探测器的体积达到40千吨。 实验的核心目标是评估这种衰变对静止框架下中微子寿命τ_3（即τ_3/m_3）的敏感性。研究者预计在90%置信水平（C.L.）下，对于标准分层谱，τ_3/m_3的下限为50×10^(-11)秒/电子伏特。这意味着如果存在中微子无形衰变，DUNE将有能力探测到这样的衰变现象，具体在90% C.L.下的阈值为27×10^(-11)秒/电子伏特。 论文特别关注了τ_3/m_3非零值与标准振荡参数之间的关系，特别是与θ_23混合角的测量有显著影响。研究揭示了一种有趣的关联：在θ_23的消失通道中，较大的τ_3/m_3会导致中微子衰变效应更为明显，从而影响DUNE对θ_23精确测量的八分位数敏感性。反之，较小的τ_3/m_3则可能对测量不利。对于特定示例值τ_3/m_3 = 1.2×10^(-11)秒/电子伏特，在3σ C.L.下，中微子不衰变的情况可能会导致测量偏差。研究者还计算了在90% C.L.下，测量真实τ_3/m_3值的预期精度范围，为1.71×10^(-11)>τ_3/m_3>9.29×10^(-12)秒/电子伏特。 这篇研究不仅提供了对中微子衰变可能性的实验性探索，而且还强调了这种衰变对DUNE未来精确测量θ_23以及理解中微子物理性质的重要性。这些发现有助于进一步拓展我们对基本粒子性质和宇宙学的理解，特别是在探索额外维度、暗物质和新物理学的领域。