Latest results from Super-Kamiokande
介绍了掺钆升级后的大型水切伦科夫实验装置Super-Kamiokande，总结其在大气中微子、太阳中微子、弥散超新星中微子背景分析方向的最新成果与进展。
2024-05-13 hep-ex
Diffuse Supernova Neutrino Background
本文介绍了尚未被探测到的弥散超新星中微子背景（DSNB）的研究意义，梳理了当前Super-Kamiokande实验的探测现状，提及未来将运行的高灵敏度实验，并总结了DSNB探测的最新进展与探索新物理的潜力。
2025-01-15 hep-ex
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
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
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
Background Study on Supernova Relic Neutrinos Search in SuperK-Gd
超新星遗迹中微子的探测可以为宇宙演化、恒星形成、超新星爆发机制以及相关的中微子物理学提供宝贵的信息。Kamland、Borexino、Sudbury Neutrino Observatory和Super-Kamiokande等许多实验都对超新星遗迹中微子进行了搜寻。然而，到目前为止还没有观测到超新星遗迹中微子信号。本文报道了SuperK-Gd计划中未来中微子实验的超新星遗迹中微子研究背景。分别计算了各种背景源和超新星遗迹中微子模型的期望事件率。
2016-11-02 astro-ph.HE hep-ex physics.ins-det
The Hyper-Kamiokande Experiment: Overview & Status
Hyper-Kamiokande（HK）实验围绕拟议的下一代地下水切伦科夫探测器进行，该探测器将比非常成功的Super-Kamiokande实验大近20倍，并使用具有相同40%光覆盖率的显着改进的光电探测器。HK将把现有的对质子衰变的灵敏度提高一个数量级，它将研究来自各种来源的中微子，包括大气中微子、太阳中微子和超新星中微子。除了作为一个独立的实验，香港将作为远探测器的长基线中微子实验使用升级的J-PARC中微子束，加强搜索轻子扇区CP破坏。这篇对NuPhys 2016会议的贡献介绍了实验的最新进展和现状。它讨论了正在进行的光电传感器的研发工作和预期的物理达到超新星中微子的领域，在最近出版的设计报告中展示。其他的物理主题，包括中微子振荡和核子衰变，讨论了在一个单独的贡献，这些诉讼。
2017-04-19 hep-ex physics.ins-det
Shining Light on Cosmogenic Axions with Neutrino Experiments
虽然迄今为止对宇宙轴子的大多数搜索都集中在它们作为暗物质（组成部分）的冷遗迹上，但各种动机良好的宇宙学来源可以产生“增强”的轴子，这些轴子今天仍然保持相对论性。我们证明，现有的/即将到来的中微子实验，如超级神冈，超级神冈，DUNE，JUNO和IceCube可以探测这种充满活力的轴子遗迹。特征信号是由轴子-光子耦合引起的轴子吸收产生的单能单光子信号。这项建议提供了覆盖的参数范围是补充现有的轴子搜索，并提供了新的机会，发现中微子设施。
2022-09-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Discovery potential for supernova relic neutrinos with slow liquid scintillator detectors
超新星遗迹中微子的探测可以为我们目前对恒星和宇宙演化的理解提供关键支持，对这些中微子的精确测量可以产生对宇宙的新见解。本文研究了使用线性烷基苯（LAB）作为慢液体闪烁体探测超新星遗迹中微子的潜力。直链烷基苯具有良好的Cherenkov和闪烁光分离特性，为颗粒物的识别提供了一条新的途径。我们进一步讨论了当前实验中的关键问题，包括（1）水切伦科夫探测器中大气中微子的带电电流本底和（2）典型液体闪烁体探测器中大气中微子的中性电流本底。锦屏的千吨级LAB探测器拥有$\mathcal{O}$（10）年的数据，可以发现超新星遗迹中微子，其灵敏度与大容量水切伦科夫探测器、典型的液体闪烁体探测器和液氩探测器相当。
2017-03-04 hep-ex physics.ins-det
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
Supernova Relic Electron Neutrinos and anti-Neutrinos in future Large-scale Observatories
本文研究了正在研究中的MEMPHYS（UNO，Hyper-K）、LENA和GLACIER等未来大型天文台的超新星遗迹中微子信号。本文讨论了利用质子散射和利用氧、碳、氩等原子核散射观测超新星遗迹电子反中微子和中微子的互补信息。在确定残余中微子通量时，我们还首次考虑了中微子磁矩与核心坍缩超新星内部磁场的耦合。我们提出的数值结果的遗迹电子中微子和反中微子通量和事件的数量上的电子中微子的碳，氧和氩，以及电子反中微子的质子，各种振荡的情况。超新星遗迹中微子的观测可能为我们提供关于核心坍缩超新星爆炸、恒星形成历史和中微子性质的独特信息，这些信息仍然是未知的。
2007-11-20 astro-ph hep-ex hep-ph
Three-generation flavor transitions and decays of supernova relic neutrinos
如果中微子有质量，它们也可以衰变。宇宙学意义上的衰变寿命原则上可以通过探测所有过去的超新星产生的红移、扩散的中微子通量--所谓的超新星遗迹中微子（SRN）通量来探测。在这项工作中，我们解决了SRN动力学方程的一般情况下，三代味过渡，其次是不可见的（无辐射）两体衰变。然后，我们使用一般的解决方案来计算可观测的SRN光谱在一些代表性的衰变方案。结果表明，在衰变存在的情况下，SRN事件率基本上可以跨越整个范围低于目前的实验上限-一个范围，未来的实验项目可以访问。辐射SRN衰变也简要讨论。
2004-01-28 astro-ph hep-ex hep-ph
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
Inverting a Supernova: Neutrino Mixing, Temperatures and Binding Energy
我们表明，从萨德伯里中微子天文台（SNO）和超级神冈台（SK）的观测结果中，假设大混合角（LMA）解是正确的，则银河系II型超新星释放的非电子中微子和结合能的温度是可以确定的。如果中微子质量等级被颠倒，中微子混合角$θ_{13}$就可以有一个下限或上限，并且可以推导出绝热跃迁的质量等级。对于正常层次结构，既不能约束$θ_{13}$，也不能确定层次结构。我们的结论是定性不变的建议超神冈检测器。
2002-09-16 astro-ph hep-ex hep-ph
Hyper-Kamiokande Experiment: A Snowmass White Paper
Hyper-Kamiokande（HK）是下一代地下水切伦科夫探测器，建立在非常成功的Super-Kamiokande（SK）实验的基础上。26万吨重的探测器的基准体积是其前身的8.4倍。HK的低能量阈值与非常大的基准体积相结合，使探测器独一无二; HK预计将在2027年开始的20年内获得前所未有的380万吨年曝光量。它有一个非常多样化的科学计划，包括长基线中微子振荡测量，核子衰变搜索，大气中微子，来自太阳和超新星爆炸的中微子，以及来自其他天体物理来源的中微子。像美国高能物理计划的旗舰项目DUNE一样，HK测量中微子的基本性质，例如寻找轻子CP破坏和超越标准模型的中微子物理。
2022-03-09 hep-ex physics.ins-det
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
Mini Z' Burst from Relic Supernova Neutrinos and Late Neutrino Masses
在中微子是轻的模型中，由于对称性破缺的尺度较低，一般会出现额外的轻玻色子。我们发现，扩散的遗迹超新星中微子（RSN）和宇宙背景中微子之间的相互作用，通过这些光标量的交换，可以导致超新星（SN）中微子流量的急剧变化。通过当前或未来的实验测量这种效应，可以为小尺度模式提供一个壮观的直接证据。我们演示了SN1987A中微子的观测如何限制上述模型的对称性破缺标度。我们还讨论了当前和未来的实验如何证实或进一步约束上述模型，无论是通过检测扩散RSN通过的"累积共振“，还是通过对附近< O（Mpc）SN爆发的中微子通量的大抑制。
2006-11-27 astro-ph hep-ex hep-ph
TITUS: An Intermediate Distance Detector for the Hyper-Kamiokande Neutrino Beam
带有非振荡谱的东海中间罐（TITUS）探测器是建议增加的Hyper-Kamiokande（HK）实验，距离J-PARC中微子束约2公里。该设计包括一个2千吨钆（Gd）掺杂的水切伦科夫探测器，周围是一个磁化的铁探测器，设计用于探测μ子。靶的材料和位置的选择，使中微子相互作用和光束谱在TITUS将匹配的香港。包括0.1%的Gd浓度允许通过中子标记来区分中微子/反中微子。TITUS的主要目标是直接测量中微子通量，并进行截面测量，以减少香港长基线振荡物理计划的系统不确定性，并提高其对CP破坏的灵敏度。TITUS也可以用于与J-PARC束无关的物理学，作为超新星中微子爆发的独立探测器，并测量中子速率以改善HK质子衰变搜索。
2015-05-12 hep-ex physics.ins-det
Measuring the supernova unknowns at the next-generation neutrino telescopes through the diffuse neutrino background
扩散超新星中微子背景（DSNB）的探测将对核塌缩超新星星群性质的测量做出宝贵的贡献。我们估计的DSNB事件率在下一代中微子探测器，超神冈富集钆，JUNO，和DUNE。通过DSNB确定超新星未知数将主要由Hyper-Kamiokande驱动，因为它具有更高的预期事件率，并由DUNE补充，这将有助于减少参数的不确定性。同时，JUNO将在最大能量范围内对DSNB信号敏感。对上述探测器20年数据的联合统计分析表明，我们对局部超新星的敏感度最多在20-33%的水平。如果形成黑洞的超新星的非零比例的真实值大于20%，则将在90%的CL下得到确认。另一方面，DSNB事件对形成黑洞的前体的核物质状态方程和质量吸积率的统计敏感性极差。
2018-05-17 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Possible violation of the spin-statistics relation for neutrinos: checking through future galactic supernova
我们使用的检测中微子从未来的银河系II型超新星事件中的水Cerenkov探测器，如超级神冈，以限制可能违反的自旋统计的中微子，导致他们服从混合统计，而不是费米-狄拉克。
2006-01-13 astro-ph hep-ex hep-ph
The Hyper-Kamiokande experiment: input to the update of the European Strategy for Particle Physics
Hyper-Kamiokande是日本在建的大型粒子物理设施，旨在以最高精度测量轻子CP破坏参数，打破质量排序与CP破坏简并，同时作为中微子天文台观测天体事件，并显著提升质子衰变搜索灵敏度，预计运行至少20年，获欧洲多国及CERN支持。
2025-06-19 hep-ex physics.ins-det
Searching for Sub-GeV Dark Matter in the Galactic Centre using Hyper-Kamiokande
通过湮灭产物间接探测暗物质是寻找大质量弱相互作用粒子（WIMPs）形式的暗物质的关键技术。强约束存在于湮灭的WIMP高度可见的标准模型的最终状态，如光子或带电粒子。在s波湮灭的情况下，这通常会消除质量低于$\cal{O}$（10）GeV的暗物质的热遗迹截面。然而，这样的限制通常忽略了暗物质可能湮灭到假设的不可见或难以检测的最终状态（如中微子）的可能性。由于中微子相互作用的截面很弱，这是一个很难探测的范例。考虑到星系晕中的暗物质湮灭，我们研究了使用Hyper-Kamiokande（HyperK）中微子实验间接探测质量低于1 GeV的暗物质的前景。我们对HyperK探测器进行了专门的模拟，并将其与类似的Super-Kamiokande实验和HyperK物理投影的结果进行了比较。我们提供的湮灭截面，可以探测到的HyperK湮灭μ子或中微子的最终状态的预测，并讨论与暗物质晕配置文件的不确定性。对于中微子的最终状态，我们发现，HyperK是敏感的热湮灭截面与质量约20 MeV的暗物质，假设NFW晕配置文件。我们还讨论了中子标记的影响，并在低质量的范围内提高的前景。
2020-09-09 astro-ph.CO 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
Probing non-standard neutrino interactions with a light boson from next galactic and diffuse supernova neutrinos
中微子与大质量玻色子的非标准相互作用可以在核坍缩超新星（SNe）的核心产生玻色子。玻色子从SN核发射后，它们随后衰变为中微子，可以改变SN中微子通量。我们表明，未来的观测中微子从下一个银河SN在超神冈（SK）和超神冈（HK）可以探测味普适的非标准中微子耦合到一个轻玻色子，提高了以前的限制从SN 1987A中微子爆发的几个数量级。我们还讨论了味普适的非标准中微子相互作用的灵敏度，在未来的观测扩散中微子从所有过去的SNe，被称为扩散超新星中微子背景（DSNB）。根据我们的分析，在HK，JUNO和DUNE实验中的DSNB观测可以探测到超过SN 1987 A约束的$\sim 2$倍的这种耦合。然而，我们的结果也受到一个很大的不确定性有关的DSNB的精确估计。
2022-12-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Fundamental physics with the diffuse supernova background neutrinos
宇宙中充斥着来自过去所有核心坍缩超新星的所有种类的数十兆电子伏中微子。这些情况从未被观察到，但这种状况将在不久的将来发生变化。在不到十年的时间里，装载钆的超级神冈实验预计将收集到数十个由中微子从弥漫超新星中微子背景（DSNB）散射引起的事件。包括Hyper-Kamiokande和Theia在内的下一代项目预计将在运行十年后收集数百个DSNB事件的数据样本。在这里，我们定量研究如何以及DSNB，包括其能谱，将被不同的电流或即将到来的大型中微子探测器测量。我们分析了模拟数据，以估计DSNB的测量可以用于通知宇宙学的研究主题-包括哈勃参数的测量-天体物理学-包括恒星形成率-和粒子物理学-包括中微子寿命和中微子是伪狄拉克费米子的可能性。
2020-12-07 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
Diffuse Supernova Neutrino Background and Neutrino Non-Radiative Decay: a Bayesian Perspective
本文从贝叶斯视角探讨中微子非辐射两体衰变对弥散超新星中微子背景的影响，结合多个实验探测通道与超新星模拟，首次通过贝叶斯分析评估区分衰变存在与否的能力。
2024-12-19 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
Developing Pre-Supernova Neutrino Support for sntools
School of Mathematical and Physical Sciences University of Sheffield（谢菲尔德大学数学与物理科学学院）
研究通过改进sntools以模拟超新星爆发前的中微子事件，为超新星预警提供支持，提升对罕见现象的理解。
2026-04-15 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Search for supernova bursts in Super-Kamiokande IV
Super-Kamiokande自1996年开始运行以来，一直在实时连续地搜索核心坍缩超新星的中微子爆发特征。目前的工作重点是探测更遥远的超新星，其事件率可能太小而无法实时触发，但可以使用离线方法进行识别。对2008年至2018年收集的数据进行分析，没有发现遥远超新星爆发的证据。这就建立了在90% C. L.时，100 kpc以内的核心坍缩超新星速率的上限为0.29年$^{-1}$。对于没有爆炸而直接坍缩成黑洞的超新星，极限达到300千秒差距。
2022-06-03 astro-ph.HE hep-ex
Retrieval of energy spectra for all flavor of neutrinos from core-collapse supernova with multiple detectors
本文提出了一种新的方法，利用该方法可以反演核塌缩超新星（CCSN）中各种中微子的能谱。在反演过程中，我们不假设任何解析公式来表示中微子的能谱，而是采取直接的方式从观测数据的频谱重建;奇异值分解算法与新开发的自适应能量网格技术被采用。我们采用了三个独立的反应通道，具有不同的味道敏感性的中微子。采用了两个反应通道，一个是来自Super-Kamiokande（SK）和Hyper-Kamiokande（HK）的水切伦科夫探测器的质子逆β衰变和电子弹性散射反应通道，另一个是来自深地中微子实验（DUNE）的氩荷电反应通道。在给定中微子振荡模型的情况下，我们迭代搜索CCSN源的中微子能谱，直到它们在三个反应通道中提供一致的事件计数。我们测试我们的方法的能力，通过演示光谱检索到我们最近的三维CCSN模拟计算的理论中微子数据。虽然CCSN源的电子型或电子型反中微子能谱与其他种类的能谱相比有较大的误差，但与HK + DUNE或SK + DUNE的联合分析将提供源处所有类型中微子的精确能谱。最后，我们讨论了利用其他探测器的中微子数据改进我们的方法的前景。
2020-10-20 astro-ph.HE hep-ex
Core-collapse supernova neutrino emission and detection informed by state-of-the-art three-dimensional numerical models
基于我们最近的三维核心坍缩超新星（CCSN）模拟，包括爆炸和非爆炸模型，我们研究了详细的中微子信号在代表性的陆地中微子观测站，超级神冈（Hyper-Kamiokande），DUNE，JUNO和IceCube。我们发现，中微子信号在一维和三维之间的差异的物理根源主要是原中子星（PNS）对流。我们研究了中微子信号的时间变化和角度变化，并讨论了当非爆炸模型中出现螺旋形驻积激波不稳定性（螺旋形SASI）时，由螺旋形SASI驱动的时间变化的可探测性。此外，我们确定在事件率（$\gtrsim 50 \%$）中可能存在大的角度不对称性，但是时间积分信号具有相对适度的不对称性（$\lesssim 20 \%$）。这两个特征都与轻子数发射自持不对称性（LESA）和螺旋SASI有关。此外，我们的分析表明，中微子总能量（TONE）和每个探测器中中微子事件的累积数量之间存在有趣的相关性，这种相关性可以促进对实际观测的数据分析。我们演示了通过应用一种新的光谱重建技术从多个探测器的数据的中微子的所有口味的中微子的中微子能谱的检索。我们发现，这种新的方法是能够估计的TONE在$\sim$ 20%的误差，如果到CCSN的距离是$\lesssim 6$ kpc。
2020-09-01 astro-ph.HE hep-ex
Dark Matter Interpretation of the Super-Kamiokande Antineutrino Excess in $\mathrm{U}(1)_{L_μ-L_τ}$ model
Theory Center, IPNS, KEK（高能加速器研究机构）；Graduate University for Advanced Studies (Sokendai)（高级研究大学院大学）
研究在 $\mathrm{U}(1)_{L_\mu-L_\tau}$ 模型中，通过 MeV 尺度暗物质湮灭为中微子来解释超级神冈实验观测到的 $2.3\sigma$ 反中微子超出，并同时满足热退耦产生的 relic 丰度。
2026-05-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Combined Pre-Supernova Alert System with Kamland and Super-Kamiokande
本研究开发了结合 KamLAND 和 Super-Kamiokande 的超新星前预警系统，利用两探测器的互补特性，可探测距地球 510 pc 内的恒星信号，并最多提前 12 小时提供预警。
2024-07-01 astro-ph.HE hep-ex physics.ins-det
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
Probing supernova shock waves and neutrino flavor transitions in next-generation water-Cherenkov detectors
目前的几个项目旨在建造一个大型水切伦科夫探测器，其基准体积比目前的超级神冈实验大20倍。这些项目包括亨德森矿（科罗拉多州）的地下核子衰变和中微子观测站（UNO），Tochibora矿（日本）的Hyper-Kamiokande（HK）探测器，以及Frejus站点（欧洲）的兆吨级物理学（MEMPHYS）探测器。我们研究的物理潜力的参考下一代探测器（0.4兆吨的基准质量）在提供信息的超新星中微子味过渡与前所未有的统计。在讨论了我们的计算的成分，我们计算中微子事件率从逆β衰变（$\barν_e p\to e^+ n $），电子的弹性散射，并在氧散射，强调其时间谱，这可能编码组合信息的中微子振荡参数和超新星的前向（可能是反向）冲击波。特别是，我们表明，适当比例的低到高的能量事件可以忠实地监测沿冲击波剖面的中微子穿越概率的时间演化。我们还讨论了一些背景问题的超新星遗迹中微子的检测，添加和不添加钆。
2005-03-10 astro-ph hep-ex hep-ph
Diffuse Supernova Neutrino Background Search at Super-Kamiokande
在Super-Kamiokande（SK）进行了一次新的扩散超新星中微子背景（DSNB）通量的搜索，从其第四个运行阶段IV开始，曝光量为$22.5\times2970$ -千吨$\cdot$天。新的分析改进了现有的背景减少技术和系统的不确定性，并利用改进的中子标记算法，以降低能量阈值相比，以前的阶段SK。这允许设置世界上最严格的上限上的外星$\barν_e$通量，中微子能量低于31.3兆电子伏。将SK-IV结果与SK前三个阶段的结果相结合，使用$22.5\times5823$ k吨$\cdot$天的数据进行联合分析。该分析对DSNB $\barν_e$通量具有世界上最好的灵敏度，可与各种模型的预测相媲美。对于能量大于17.3 MeV的中微子，新的组合$90\%$ C.L. DSNB $\barν_e$通量的上限位于$2.7$ cm $^{-2}$ $\text{sec}^{-1}$附近，这非常不利于最乐观的预测。最后，讨论了SK中钆相的潜力和未来的Hyper-Kamiokande实验。
2021-11-02 astro-ph.HE hep-ex
Revisiting the Triangulation Method for Pointing to Supernova and Failed Supernova with Neutrinos
鉴于大规模中微子探测器如IceCube、未来的Hyper-Kamiokande和欧洲拉古纳计划中提出的中微子探测器的出现，我们重新研究了利用银河系超新星的中微子用三角测量法确定其方向位置的问题。我们研究了指向精度对超新星中微子在不同探测器上到达时间分辨率的依赖关系。对于一个失败的超新星，我们期望更好的结果，由于中微子发射的突然终止，使人们能够以更高的精度测量到达时间。我们发现，对于$\pm$ 2（4）ms的时间分辨率，如果我们结合四个不同地点的探测器的观测，超新星的定位精度可以达到$\sim$ 5（10）$^\circ$在赤经角和$\sim$ 8（15）$^\circ$在赤经角。
2013-10-14 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Shadows of Relic Neutrino Masses and Spectra on Highest Energy GZK Cosmic Rays
The Ultra High Energy (UHE) neutrino scattering onto relic cosmic neutrinos in galactic and local halos offers an unique way to overcome GZK cut-off. The UHE nu secondary of UHE photo-pion decays may escape the GZK cut-off and travel on cosmic distances hitting local light relic neutrinos clustered in dark halos. The Z resonant production and the competitive W^+W^-, ZZ pair production define a characteristic imprint on hadronic consequent UHECR spectra. This imprint keeps memory both of the primary UHE nu spectra as well as of the possible relic neutrino masses values, energy spectra and relic…
2001-02-24 astro-ph gr-qc hep-ex
Pre-Supernova Alert System for Super-Kamiokande
于二零二零年，超级神冈（SK）实验进入新阶段（SK-Gd），在探测器的水中加入八水硫酸钆（Gd），以提高探测热中子的效率，从而提高对来自逆β衰变（IBD）相互作用的低能电子反中微子的灵敏度。SK-Gd有可能通过探测大质量恒星在核心引力坍缩之前冷却的热和核过程中产生的电子反中微子，提供早期核心坍缩超新星的预警。这些在硅燃烧阶段发出的前超新星中微子可以超过IBD反应的能量阈值。我们提出了SK-Gd的灵敏度，前超新星恒星和技术用于开发的前超新星警报的基础上，这些中微子在SK的检测，以及未来的SK-Gd阶段与更高浓度的Gd的前景。对于目前的SK-Gd阶段，参宿四的高置信度警报可以在核心崩溃之前9小时发出。
2022-08-17 astro-ph.HE hep-ex physics.ins-det
Electron Neutrino Mass Measurement by Supernova Neutrino Bursts and Implications on Hot Dark Matter
我们提出了一个新的战略，测量电子中微子质量（$\mnue$）的未来检测的银河系超新星在大型地下探测器，如超级神冈（SK）。这种方法几乎是模型无关的，人们可以得到一个直接的方式从实验数据的质量约束，而无需指定任何模型参数的超新星中微子的轮廓。我们已经测试了这种方法使用虚拟数据产生的超新星中微子发射的数值模型，通过现实的蒙特卡罗模拟的SK检测。结果表明，该方法对银河系超新星的$\sim$ 3 eV的$\mnue$是敏感的，并且该范围与中微子质量等级接近简并的冷+热暗物质的预测一样低，这与目前太阳和大气中微子异常以及宇宙密度涨落的观测结果一致。
1998-01-13 astro-ph 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
Prospects for the detection of the Diffuse Supernova Neutrino Background with the experiments SK-Gd and JUNO
载有钆的超级神冈（SK-Gd）和即将启动的JUNO液体闪烁体探测器的出现标志着漫射超新星中微子背景（DSNB）的全球灵敏度的实质性改善。本文回顾了在这两个实验中最相关的DSNB搜索的检测器属性，并估计预期的信号和背景水平。基于这些输入，我们评估了两个实验单独和组合的灵敏度。使用一个简化的统计方法，我们发现SK-Gd和JUNO都有可能达到$>$ 3 $σ$证据的DSNB信号在10年的测量。综合结果可能使$5σ$在未来十年内发现DSNB信号。
2022-03-14 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Timing and Multi-Channel: Novel Method for Determining the Neutrino Mass Ordering from Supernovae
在标准的三味中微子振荡范式中，剩下的几个未知数之一是中微子质量的排序。在这项工作中，我们提出了一种新的方法来确定中微子质量排序使用的时间信息的早期超新星中微子事件。在核心坍缩的超新星中，中微子比反中微子更早产生，并且取决于影响绝热味演化的质量排序，可能导致$ν_e$检测通道中比其他通道更早的可观测信号。因此，时间差对批量排序很敏感。我们发现，使用的时间信息检测的第一个星系超新星事件在未来的探测器，如DUNE，JUNO和超神冈，质量排序已经可以确定在$\sim 2 σ$ CL，而$\mathcal{O}(10)$事件足以发现。我们的方法不需要很高的统计数据，可以用于超新星早期预警系统（SNEWS），它将有机会获得一些探测器记录的早期超新星中微子事件的时间信息。本文提出的方法还暗示了质量排序和定位超新星的三角测量方法之间的重要相互作用。
2022-09-08 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Neutrino non-radiative decay in matter: constraints and prospects
本研究利用SN1987A数据推导中微子-Majoron耦合新约束，结合未来探测器与超新星模拟给出耦合约束展望，并首次指出物质中中微子衰变对漫射超新星中微子背景的黑洞贡献有显著影响。
2025-07-29 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Neutrino emission characteristics and detection opportunities based on three-dimensional supernova simulations
本文详细地计算了第一次全尺度三维超新星模拟的中微子发射特性，并对质量分别为11.2，20和27 Msun的三个模型进行了复杂的三味中微子输运。所有研究的祖先显示出预期的流体动力学不稳定性的形式，大规模的对流翻转。此外，最近发现的LESA现象（轻子数发射自持不对称性）是通用的所有情况下。在20和27 M太阳的情况下出现了明显的SASI（standing accretion-shock instability）活动，部分以螺旋模的形式出现，引起了中微子发射的大的但依赖于方向和味道的调制。这些调制可以在现有的IceCube和未来的Hyper-Kamiokande探测器中清楚地识别，这取决于相对于SASI晃动方向的距离和探测器位置。
2014-08-26 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Search for U(1)$_{L_μ-L_τ}$ charged Dark Matter with neutrino telescope
在U（1）$_{L_μ-L_τ}$理论中研究了一个简单的Dirac费米子暗物质模型.新的轻规范玻色子$X$在暗物质物理和μ子$g-2$异常的解释中起着重要的作用。观测到的暗物质遗迹密度是由大的U（1）$_{L_μ-L_τ}$电荷实现的，而没有引入$X$玻色子的共振效应。作为该模型的副产品，特征中微子签名从亚GeV的暗物质$ψ$的预测取决于质谱。我们以模型独立的方式制定了对$ψ\barψ\to ν\barν$以及$ψ\barψ\to XX$和$X\toν\barν$的分析。前一过程中中微子的能谱是单色的，后一过程中中微子的能谱是碗状的。我们还评估了超级神冈探测器和未来超级神冈探测器的灵敏度。最后将分析应用到U（1）$_{L_μ-L_τ}$暗物质模型中。
2021-01-25 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Timing the Neutrino Signal of a Galactic Supernova
利用蒙特卡罗模拟研究了几种不同探测器对银河系超新星中微子信号计时的方法。我们发现，对于我们研究的方法，在$10\,$ kpc的距离上，Hyper-Kamiokande和IceCube都可以达到中微子爆发的$\sim1\,$ ms的精度，而潜在的IceCube Gen 2升级将达到亚毫秒精度。在一个失败的SN的情况下，我们发现，如SK和JUNO的探测器可以达到$\sim0.1\,$毫秒的精度，而HK可能达到$\sim 0.01\,$毫秒的分辨率，使黑洞形成过程本身的影响变得相关。两个可能的应用是（失败的）SN的三角测量以及通过使用潜在的引力波信号作为参考的飞行时间测量来约束中微子质量的可能性。
2021-03-01 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
Neutrino signature of supernova hydrodynamical instabilities in three dimensions
第一个全尺寸三维（3D）核心坍缩超新星（SN）模拟与复杂的中微子输运显示了两个高质量的祖星（20和27 M_sun）的显著的稳定吸积激波不稳定性（SASI）效应。在一个低质量的祖先（11.2 M_sun），大尺度对流是主要的非径向流体动力学不稳定性的激波后吸积层。与SASI相关的中微子信号调制（在我们的两个例子中为80 Hz）将在IceCube或未来的Hyper-Kamiokande探测器中清楚地检测到，这取决于祖先的属性，距离和观察者相对于SASI主要晃动方向的位置。因此，来自下一个星系SN的中微子信号可以诊断流体动力学不稳定性的性质。
2013-09-19 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
Dark Matter Pollution in the Diffuse Supernova Neutrino Background
Hyper-Kamiokande（HyperK）实验预计将精确测量漫射超新星中微子背景（DSNB）。这就要求对相关能量范围内的背景有充分的了解。一个迄今尚未被考虑的可能背景是低质量暗物质（DM）湮灭为中微子。我们在HyperK中对DSNB信号和背景进行了模拟，并量化了DM湮灭产物污染DSNB信号的程度。我们发现，DM的存在可能会影响DSNB物理学感兴趣的参数，如有效中微子温度和恒星形成率的正确值的确定。虽然这开启了同时表征DNSB和通过间接探测发现暗物质的可能性，但我们认为，由于缺乏低能量下可用的角度信息，很难将这两种贡献分开。
2022-11-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Rocks, Water and Noble Liquids: Unfolding the Flavor Contents of Supernova Neutrinos
测量核心坍缩超新星中微子，无论是来自银河系内的单个超新星，还是来自整个宇宙过去的核心坍缩（弥散超新星中微子背景，或DSNB），都是当前和下一代中微子实验的主要目标之一。由于小的统计数据和大的背景，检测通量的重轻子味（μ子和τ类型，统称$ν_x$）分量特别具有挑战性。虽然下一次银河系中微子爆发将在大量的中微子通道中观测到，允许测量少量的$ν_x$事件，但即使在使用传统探测器采集数十年数据之后，也只能预测扩散$ν_x$通量的上限。然而，古探测器可以通过味盲中性流相互作用测量来自银河系核心坍缩超新星的中微子的时间积分通量。在这项工作中，我们将展示如何结合测量的平均银河系核心坍缩超新星通量与古探测器和测量的DSNB电子型中微子通量与下一代水切伦科夫探测器超神冈和液体惰性气体探测器DUNE将允许确定平均超新星$ν_x$通量参数的精度为百分之十。
2022-03-23 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ex
Exploiting a future galactic supernova to probe neutrino magnetic moments
核心坍缩超新星（SN）提供了一个极好的天体物理实验室来测试非零中微子磁矩。特别是，中子化爆发阶段，持续几十毫秒后反弹，是由电子中微子为主，可以提供特殊的发现过渡磁矩的潜力。我们模拟的中微子光谱从突发阶段在即将到来的中微子实验，如深地下中微子实验（DUNE），和超神冈（HK），考虑到SN中微子的自旋味转换，与环境磁场的相互作用所造成的。我们发现，中微子过渡磁矩，可以探索这些实验的星系SN是一个数量级到几个数量级优于目前的地球和天体物理极限。此外，我们还讨论了这一认识如何揭示三个重要的中微子性质：（a）狄拉克/马约拉纳性质，（b）中微子质量排序，（c）中微子质量产生机制。
2022-03-03 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
