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本文研究了ESSnuSB远探测器对超新星中微子的灵敏度。ESSnuSB是瑞典拟议中的长基线中微子实验,将使用一个538 kt水切伦科夫探测器,通过研究第二振荡极大来探测轻子相位δCP。然而,鉴于其非常大的探测器体积,若在ESSnuSB运行
本文研究了ESSnuSB远探测器对超新星中微子的灵敏度。ESSnuSB是瑞典拟议中的长基线中微子实验,将使用一个538 kt水切伦科夫探测器,通过研究第二振荡极大来探测轻子相位δCP。然而,鉴于其非常大的探测器体积,若在ESSnuSB运行期间发生超新星爆发,该探测器将对超新星中微子具有极好的灵敏度。基于此,研究人员首先针对三种不同的超新星通量模型估算了ESSnuSB远探测器的预期事件率,然后检验了其区分这些通量模型的能力。此外,研究人员还研究了系统误差和探测器效率的影响。结果表明,根据超新星中微子模型的不同,在地球上探测到的预期事件数存在显著差异。结果还表明,ESSnuSB远探测器在区分这些通量模型方面可能具有极好的潜力,具体取决于超新星爆发的距离、系统误差和探测器效率。
超新星中微子研究是揭示恒星结构与中微子性质的重要途径。在核心坍缩超新星(core-collapse supernova)过程中,恒星核心坍缩并释放巨大能量,产生能量量级为几十MeV的不同味中微子。迄今为止,只有SN1987A超新星的中微子被直接探测到;该超新星位于距地球50 kpc的大麦哲伦云,地球上的Kamiokande II、IMB和Baksan三个探测器总共只观测到24个中微子事件。未来拟议的ESSnuSB实验将采用538 kt水切伦科夫远探测器(FD),若其运行期间发生超新星爆发,将可能探测到大量中微子事件。然而,目前存在多种基于不同假设的超新星中微子通量模型,不同模型的通量形状相似但归一化差异显著,因此评估ESSnuSB远探测器区分这些模型的能力十分重要。
研究中考虑了三种超新星通量模型:Livermore模型基于SN1987A数据的一维模拟;GVKM(Gava-Volpe-Kneller-McLaughlin)模型使用S矩阵方法和真实密度分布,包含集体效应和冲击波效应;Garching电子俘获超新星(ECSN)模型在球对称框架下模拟完整超新星演化。研究人员首先估算了ESSnuSB远探测器在三种通量模型下的预期事件率,然后利用统计方法研究其区分通量模型的能力,并进一步分析了系统误差、探测器效率和能量分辨率的影响。
主要技术方法方面,研究人员使用SNOwGLoBES 1.3软件(基于GLoBES 3.2.18包)计算事件率,输入为中微子通量、相互作用截面和探测器响应函数。探测器设定为538 kt水切伦科夫探测器,默认信号效率为95%,高斯能量分辨率为15