Simulating fast time variations in the supernova neutrino flux in Hyper-Kamiokande
Hyper-Kamiokande是一种拟议中的下一代水切伦科夫探测器。如果一个星系超新星发生，它将提供一个高事件率（$\mathcal{O}(10^5)$中微子事件总数）以及事件的能量信息。最近的超新星模拟显示出了站立吸积激波不稳定性（SASI），它导致中微子数通量和平均能量的振荡。这些振荡的振幅是能量依赖的，因此Hyper-Kamiokande中可用的能量信息可以用于改善这些SASI振荡的检测前景。为了确定这是否可以在存在背景和有限能量不确定性等探测器效应的情况下实现，我们已经开始详细模拟Hyper-Kamiokande对超新星中微子爆发的响应。
2016-10-03 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Neutrino Astronomy with IMB, Kamiokande and Super Kamiokande
中微子天文学的一些最早的工作是由一类主要为粒子物理学目标设计的地下探测器完成的。这些探测器使用廉价的水来获得所需的大质量，以观察中微子预期的非常低的相互作用速率。他们利用了相对较大的光衰减长度和水的折射率，以获得每千吨探测器非常便宜的成本。从这些开创性的中微子探测器获得的结果包括实时观测太阳中微子，超新星中微子和大气中微子。中微子点源、暗物质和原始磁单极子的探测器也是用它们做的。
2022-02-03 astro-ph.HE hep-ex hep-th
Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande
超新星是可观测宇宙中最壮观的事件之一。它们产生了许多生命存在所必需的化学元素，它们的残余物-中子星和黑洞-本身就是有趣的天体物理学对象。然而，尽管有数千年的观测和近一个世纪的天体物理学研究，超新星的爆炸机制仍然没有得到很好的理解。Hyper-Kamiokande是下一代中微子探测器，将能够以前所未有的细节观察下一个银河系超新星的中微子通量。在这篇论文中，我调查如何以及这样的观察将使我们能够重建爆炸机制。我开发了一个高精度的超新星事件发生器，并使用详细的探测器模拟和事件重建来探索Hyper-Kamiokande对世界各地不同团体模拟的五个超新星模型的响应。我表明，300中微子事件在超神冈-对应于一个超新星在至少60千秒差距的距离-足以区分这些模型的高精度。这些发现表明，一旦下一次银河系超新星发生，Hyper-Kamiokande将能够确定超新星爆炸机制的细节。
2020-02-05 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Blazar-Boosted Dark Matter at Super-Kamiokande
耀变体中心附近的暗物质粒子，在与耀变体喷流中的相对论性电子和质子发生弹性碰撞后被加速，其能量足以触发地球探测器的可探测信号。在这项工作中，重点对耀变体TXS 0506+056和BL Lacertae，我们推导出新的限制的暗物质和电子之间的弹性散射截面的Super-Kamiokande的数据。由于大的耀变体增强的暗物质通量，对于质量低于100 MeV的暗物质，暗物质-电子散射截面的极限可以低至$\sim10^{-38}~\text{cm}^2$，这比银河系宇宙射线的类似结果强几个数量级。
2022-06-06 astro-ph.HE hep-ph
Study of TeV Neutrinos with Upward Showering Muons in Super-Kamiokande
在超级神冈探测器中，中微子诱导的向上穿透的μ子的子集由高能μ子组成，它们通过辐射过程（如韧致辐射、e^{+} e^{-}对产生和光核相互作用）损失能量。这些“向上淋浴的μ子”包括一个事件样本，其平均母中微子能量约为1 TeV。我们表明，向上淋浴μ子的天顶角分布是一致的，由于中微子振荡的失真可以忽略不计，预期这样一个高能量的中微子样本。我们目前的天文搜索使用这些高能量的事件，如那些从WIMP湮灭在太阳，地球和银河系中心，一些可疑的点源，以及搜索从星际介质的扩散通量。
2007-11-01 astro-ph.HE hep-ex
Supernova spotting in Super-Kamiokande Gd
本文介绍 SK-Gd 通过添加钆标记反贝塔衰变中子以提升低能电子反中微子灵敏度，并展望其在 DSNB、前超新星中微子探测及超新星指向方面的最新结果与潜力。
2024-03-31 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Observing Supernova Neutrino Light Curves with Super-Kamiokande. IV. Development of SPECIAL BLEND: a New Public Analysis Code for Supernova Neutrinos
本文开发了公开分析代码 SPECIAL BLEND，基于原中子星冷却阶段中微子解析模型快速估计超新星参数，在超级神冈和顶级神冈中分别可在约20 kpc和60 kpc距离内实现10%以内的参数估计精度。
2023-04-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Search for Tens of MeV Neutrinos associated with Gamma-Ray Bursts in Super-Kamiokande
用超级神冈（SK）探测器寻找与伽马射线暴（GRB）同时产生的中微子。在2008年12月至2017年3月期间，伽马射线坐标网络记录了2208个在正常SK操作期间发生的伽马射线暴。每个伽玛暴周围的几个时间窗口被用来寻找符合中微子事件。未检测到超过估计背景的统计学显著信号。正电子总能量在8 - 100 MeV范围内的$\barν_e+p\rightarrow e^{+}+n$注量小于90% C. L.作为中微子能量的函数的通量的上限也得到了。
2021-06-26 astro-ph.HE hep-ex
Generalized Lomb-Scargle Analysis of 22 years of Super-Kamiokande solar $^8$B neutrino data
本文用广义Lomb-Scargle周期图分析Super-Kamiokande 22年太阳$^8$B中微子数据，验证此前发现的9.43/年周期信号，结果表明该信号仅为统计涨落，无真实周期性。
2024-04-23 astro-ph.HE hep-ex
Interpreting the bounds on Solar Dark Matter induced muons at Super-Kamiokande in the light of CDMS results
利用CDMS实验中观测到的两个信号事件，通过对CDMS II合作的分析，讨论了最近对暗物质-核子弹性散射截面的限制。在这些限制下，我们试图解释由太阳中产生的中微子引起的上行μ子的检测率的超神冈（SK）界限，这些中微子来自太阳核心捕获的暗物质（WIMPs）的湮灭产物的衰变。在SK使用CDMS边界的不同湮灭通道的上行μ子的计算速率被发现是低于预测的上限，这样的上行μ子率在SK的订单。因此，存在的空间，用于解释SK边界的CDMS限制的计算速率的增强（提升）。预计该特征将代表具有当前CDMS限值的PAMELA数据。我们还显示了这种可能的增强因子（升压）对WIMP质量不同的WIMP湮没通道的依赖性。
2010-03-02 astro-ph.HE hep-ph
Observing Supernova Neutrino Light Curves with Super-Kamiokande. III. Extraction of Mass and Radius of Neutron Stars from Synthetic Data
中微子保证可以从下一个银河系超新星（SN）中观测到。可见光和引力波也是可以观测到的，但如果超新星在星系中的位置或爆炸的细节不合适，可能很难观测到。观测下一颗超新星的关键是首先利用中微子了解各种物理量，然后将它们与其他信号联系起来。本文介绍了用Super-Kamiokande观测到的银河系超新星爆炸中微子事件的Monte Carlo抽样计算。中微子发射的解析解代表了超新星中微子-光变曲线的长期演化过程。它给出了通过反β衰变相互作用的事件率和事件谱，并给出了明确的模型参数依赖关系。通过使用解析解拟合最小二乘法对这些模拟样本数据进行参数估计。结果表明，对于8 kpc的星系SN，可以分别以$\sim 0.1M_\odot$、$\sim 1$ km和$\sim 10^{51}$ erg的精度确定SN产生的残余中子星的质量、半径和总能量。
2022-04-18 astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutron Tagging Can Greatly Reduce Spallation Backgrounds in Super-Kamiokande
该研究提出利用 Super-Kamiokande 加钆后的中子俘获信号标记强子簇射 μ 子，可将散裂本底再降低至少四倍，并适用于 Hyper-Kamiokande 与 JUNO。
2025-01-10 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Robust measurement of supernova $ν_e$ spectra with future neutrino detectors
测量来自超新星的精确的全味中微子信息对于理解核心坍缩过程以及中微子性质至关重要。我们应用卡方分析不同的检测器设置，探索确定$ν_{e}$光谱参数。使用一个长期的二维核心崩溃模拟与三个随时间变化的光谱参数，我们生成模拟数据，以检查当前的超级神冈探测器的能力，并比较钆，超神冈，和DUNE的相对改进。我们表明，在一个现实的三个光谱参数的框架中，添加钆的超级神冈允许在$ν_e$测定的定性改善。Hyper-Kamiokande和DUNE将进行重大改进，从而可以更精确地测定$ν_e$光谱参数。
2018-01-15 astro-ph.HE hep-ex
Super-Kamiokande Strongly Constrains Leptophilic Dark Matter Capture in the Sun
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
利用超 Kamiokande 10 年数据，研究轻子偏爱暗物质在太阳中的捕获，并设定了比地面直接探测更严格的散射截面限制，暗物质质量低于 100 GeV 时截面低至 4×10^-41 cm^-2。
2026-05-14 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Observing Supernova Neutrino Light Curves with Super-Kamiokande.VI. A Practical Data Analysis Technique Considering Realistic Experimental Backgrounds
本研究通过在超级神冈探测器实验中结合真实的信号和背景事件处理，优化了超新星晚期中微子数据分析框架，模拟了长时间超新星模型并探讨了利用最后观测事件的计时信息进行模型判别的可能性。
2025-08-15 astro-ph.HE hep-ex
Upgrade of Super-Kamiokande with Gadolinium
Okayama University（冈山大学）；Kamioka Observatory, Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所神冈观测站）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, University of Tokyo（东京大学基础物理学与数学柯尔维特研究所（WPI））
SK-Gd 项目通过添加硫酸钆提升水纯度，提高了反β衰变事件识别能力，增强了探测弥漫超新星中微子背景的能力，并在中微子物理和天体物理领域带来新机遇。
2026-03-28 astro-ph.HE physics.ins-det
Could a reported 2007 analysis of Super-Kamiokande data have missed a detectable supernova signal from Andromeda?
根据2007年的一篇论文，在1996年至2005年从仙女座或其他任何地方采集数据的整个期间，没有证据表明超级神冈（SK）发生了两次或两次以上的中微子爆发。然而，存在一种情况，在这种情况下，给定分析所采用的搜索方法，可能会错过可检测的信号，并且使用替代方法会发现该信号。另一种方法依赖于两个中微子质量本征态的质量为4.0 eV和21.4 eV的假设，这是从SN 1987 A数据的分析中推断出来的。虽然有人可能会说，如此大的中微子质量的假设是遥远的，但有一种方法可以与中微子质量的观测约束相兼容，包括第三个快子（$m^2<0$）本征态，加上三个无菌中微子。考虑到积极的超新星搜索结果的重要性，以及使用现有SK数据进行搜索的容易性，似乎没有理由不这样做。
2013-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Astroparticle Physics in Hyper-Kamiokande
超级神冈是一个拟议中的下一代通用中微子探测实验。它包括一个地下水切伦科夫探测器，其大小将是非常成功的超级神冈探测器的8倍多，并使用显着改进的光电探测器，具有相同的40%光覆盖率。由此产生的灵敏度改进将特别有利于低能天体粒子物理学。这篇对EPS-HEP 2017会议论文集的贡献概述了Hyper-Kamiokande，并根据当前的设计报告，介绍了其在超新星中微子，太阳中微子和间接暗物质搜索领域的预计物理范围。它还讨论了如果第二个探测器建在韩国一个覆盖层更高的地方，灵敏度会有更多的提高。
2017-10-23 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Observing Supernova Neutrino Light Curves with Super-Kamiokande. II. Impact of the Nuclear Equation of State
利用原中子星（PNS）冷却的模拟结果，对Super-Kamiokande超新星中微子事件率的后期演化进行了评估。在本工作中，我们扩展了Suwa等人的结果。（2019）[arXiv：1904.09996]，该结果研究了对PNS质量的依赖性，但重点关注核物质状态方程（EOS）的影响。我们发现中微子事件率同时依赖于高密度和低密度状态方程，前者决定PNS的半径，后者影响其表面温度。基于目前对中微子事件率的评估，我们提出了一种新的分析方法来提取中微子平均能量的时间变化，考虑到观测中的统计误差。
2022-01-31 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Disentangling Sub-GeV Dark Matter from the Diffuse Supernova Neutrino Background using Hyper-Kamiokande
本文研究Hyper-Kamiokande探测DSNB时亚GeV暗物质湮灭中微子造成的背景干扰，提出利用信号方向性差异的开关分析方法来缓解该效应。
2022-12-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Detecting Fast Time Variations in the Supernova Neutrino Flux with Hyper-Kamiokande
为了探测来自银河系超新星的中微子，计划中的Hyper-Kamiokande探测器将是第一个提供高事件率（约为IceCube速率的三分之一）和事件能量信息的探测器。在这篇论文中，我们使用三维计算机模拟的Garching组，以找出是否可以使用这些额外的信息，以提高在中微子通量的快速时间变化的检测前景。我们发现中微子数通量的SASI振荡的振幅与能量有关。然而，在该模拟中，某些能量箱中的较大幅度不足以抵消由较低事件率引起的增加的噪声。最后，我们推导出一个条件，当它是有利的，而不是总的信号考虑的能量箱，并表明，这个条件是满足的，如果振荡的平均中微子能量略有增加。
2016-09-14 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
$ν$ limits from Super-Kamiokande on dark matter-electron scattering in the Sun
该研究利用 Super-Kamiokande 的大气中微子测量，对太阳内暗物质–电子散射及俘获湮灭设定严格截面限制，并评估 Hyper-K 的未来灵敏度。
2025-03-10 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
An axion constraint from the diffuse supernova neutrino background indicated by Super-Kamiokande
Keio University（庆应义塾大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（综合研究大学院大学）；Department of Astronomy, The University of Tokyo（东京大学天文学系）；Theory Center, IPNS, KEK（高能加速器研究机构理论中心）；Kavli IPMU (WPI), The University of Tokyo（东京大学加瓦利宇宙起源研究前沿中心）；National Institute of Technology (KOSEN), Numazu College（静冈县立沼津工业高等专门学校）
本研究利用超级神冈探测器指示的弥散超新星中微子背景，通过中微子辐射流体动力学模拟，得到轴子-质子耦合常数的1σ上限，该约束不依赖单个超新星性质，可用于其他相关弱相互作用粒子研究。
2026-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Tagging Spallation Backgrounds with Showers in Water-Cherenkov Detectors
宇宙射线μ子，特别是它们的次级介子分裂原子核（“spectrum”），产生快中子和β衰变同位素，这是低能实验的背景。在Super-Kamiokande中，这些β衰变是6- 18 MeV的主要背景，与太阳中微子和弥漫超新星中微子背景有关。在以前的论文中，我们表明，这些同位素主要是在阵雨中产生的，而不是孤立的。这解释了μ子切伦科夫光剖面中的一个峰值与spiral衰变之间的经验空间相关性，超级神冈德使用该空间相关性来开发新的spiral切割。然而，超级神冈测量的μ子光剖面与簇射物理学严重不一致。我们将展示如何解决这种差异，以及如何重建准确的配置文件的μ子和他们的淋浴从他们的切伦科夫光。我们提出了一个新的sparkle削减这些改进的配置文件的基础上，并量化其影响。我们的研究结果可以显着受益于超神冈的低能量研究，并将在较浅的深度，如拟议的超神冈探测器特别重要。
2015-11-23 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
First Detailed Calculation of Atmospheric Neutrino Foregrounds to the Diffuse Supernova Neutrino Background in Super-Kamiokande
本文首次在16--90 MeV电子能量范围内详细计算了超神冈中影响DSNB探测的大气中微子前景，量化了不确定性并与15.9年预钆数据对比验证，为加速DSNB探测提出了关键行动方向。
2024-05-03 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Spallation Backgrounds in Super-Kamiokande Are Made in Muon-Induced Showers
关于太阳和超新星中微子的关键问题仍然没有答案。Super-Kamiokande具有进步所需的曝光，但探测器背景是一个限制因素。宇宙射线μ子产生的同位素的β衰变和它们的二次衰变是一个主要的组成部分，它们会引发核裂变反应。在μ子径迹之后和周围的事件的切割使这种溅射衰变本底减少了$\simeq 90\%$（以$\simeq 20\%$死时间为代价），但它在6- 18 MeV的速率仍然占主导地位。在Super-Kamiokande论文[Bays { \it et al.}，物理学~修订版~ D { \bf 85}，052007（2012）]对弥散超新星中微子背景的搜索。他们发现，在16 MeV以上的spectrometry衰变之前，在同一位置附近，μ子的切伦科夫光剖面中出现了一个峰值;对μ子轨道的有限部分进行了更积极的切割，导致背景减少而没有增加死区时间。我们把他们的经验发现建立在坚实的理论基础上。我们表明，几乎所有的spiral衰变同位素产生的μ子诱导的阵雨，这些阵雨是罕见的，足够的能量是可识别的。这是第一次对任何探测器进行这样的演示。我们详细介绍了如何物理学的阵雨解释峰的μ子切伦科夫光剖面和其他超K观测。我们的研究结果提供了一个物理基础，实际改善背景拒绝，将有利于多个研究。特别是对于太阳中微子来说，在能量低至6 MeV的情况下，应该可以大大减少背景。
2015-04-28 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
First measurement of radioactive isotope production through cosmic-ray muon spallation in Super-Kamiokande IV
宇宙线μ介子散裂诱导的放射性同位素伴随$β$衰变是太阳中微子、反应堆中微子和超新星遗迹中微子实验的主要背景之一。与闪烁体不同，在水中宇宙背景的产生量以前没有专门测量过，但它们在旨在寻找稀有信号的下一代中微子实验中变得越来越重要。我们分析了在Super-Kamiokande-IV收集的低能触发数据，以确定$^{12}$ B、$^{12}$ N、$^{16}$ N、$^{11}$ Be、$^9$ Li、$^8$ He、$^9$ C、$^8$ Li、$^8$ B和$^{15}$ C的生成速率。通过固定已知的同位素寿命，从母μ子和后续子$β$之间的时间差拟合中提取这些速率。由于$^9$ Li可以通过$β+ n$级联衰变伪造逆β衰变反应链，产生检测到能量高达十几MeV的不可约背景，因此需要进行专门研究以评估其对未来测量的影响;发现使用相关触发器的中子标记技术的应用可以改善$^9$ Li测量。除了同位素$^8$ Li/ $^8$ B和$^9$ Li的情况外，通常发现测量的产率与理论计算相当。
2015-12-11 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
First calculation of cosmic-ray muon spallation backgrounds for MeV astrophysical neutrino signals in Super-Kamiokande
当μ子穿过物质时，它们的能量损失会导致核分裂（spiration）过程。宇宙线μ子产生的不稳定子核的延迟衰变是低能天体物理中微子实验的重要背景，那些寻求探测太阳中微子或漫射超新星中微子背景（DSNB）信号的人。尽管Super-Kamiokande具有较强的总体削减来减少这些剥离诱导的背景，但特定信号在额外削减之前的剩余速率远大于约6 - 18 MeV的动能的信号速率。令人惊讶的是，没有公开的计算这些背景在水中的生产和性能，虽然有这样的研究闪烁体。使用模拟代码FLUKA和理论见解，我们详细介绍了μ子如何在水中失去能量，产生次级粒子，这些次级粒子如何以及在何处产生同位素，以及它们衰变的背景特性。我们再现超级神冈测量的总背景的2倍内，这是很好的考虑到同位素产量的数量级不同，实验的一些细节是未知的，我们在这个水平。我们的研究结果打破了聚合数据的组成同位素，揭示了它们各自的生产机制，并保持它们之间的相关性。我们概述了如何使用这些信息实现更有效的背景抑制技术。减少太阳能和DSNB研究的背景，即使是几个因素，也有助于导致重要的新发现。
2014-04-13 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
