Measuring the Neutrino Mass Hierarchy with Atmospheric Neutrinos
D. F. Cowen, T. DeYoung, D. Grant, D. A. Dwyer, S. R. Klein, K. B. Luk, D. R. Williams
PINGU实验测量中微子质量等级的建议，在美国核物理界的长期规划的背景下。
The proposed PINGU experiment to measure the neutrino mass hierarchy is presented, in the context of long-range planning by the U.S. nuclear physics community.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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From DeepCore to PINGU: Measuring atmospheric neutrino oscillations at the South Pole
甚大体积中微子望远镜（VLVNT）观测大气中微子在很宽的能量范围（GeV到TeV），在它们旅行的距离与地球直径一样大之后。DeepCore是IceCube的低能扩展，通过分析能量超过10 GeV的大气通量，已经开始对中微子振荡参数$θ_{23}$和$|Δm^2_{32}|$进行有意义的测量。PINGU是一个降低DeepCore能量阈值的拟议项目，旨在使用相同的通量进一步提高已知这些参数的精度，并最终确定$Δm^2_{32}$的符号。这里讨论了DeepCore的最新结果，以及计划向PINGU的过渡。
Prospects for measuring the neutrino mass hierarchy with KM3NeT/ORCA
ORCA（Oscillation Research with Cosmics in the Abyss）是KM 3 NeT的低能量分支，KM 3 NeT是下一代研究基础设施，在地中海托管水下切伦科夫探测器。ORCA的主要目标是通过测量物质引起的对几个GeV大气中微子振荡概率的修改来确定中微子质量等级。ORCA探测器设计预见了KM 3 NeT中微子探测技术的密集配置，优化用于测量3 - 20 GeV能量范围内的中微子相互作用。ORCA的多光电倍增管光学模块将部署在法国的KM 3 NeT站点，利用深海水的优异光学特性，准确地重建类中微子（主要是电子中微子）和类径迹（主要是μ子中微子）事件，以收集几个GeV中微子事件的高统计样本。本文综述了ORCA探测器的方法和技术，讨论了测量中微子质量等级的前景以及提高其他振荡参数测量精度的潜力。
Super-ORCA: Measuring the leptonic CP-phase with Atmospheric Neutrinos and Beam Neutrinos
用百万吨级切伦科夫探测器研究2GeV以下的大气中微子振荡几率，可以测量轻子CP相位$δ_{CP}$。最相关的CP敏感的能量范围是低于中微子探测阈值的KM 3 NeT/ORCA，这是一个水下切伦科夫探测器，通过测量3-30 GeV大气中微子的振荡模式来确定中微子质量排序。使用Super-ORCA，一个$\sim 10$倍更密集的仪器化版本的ORCA，检测阈值可以降低，事件重建能力提高。本文介绍了一种可能的Super-ORCA探测器的关键性能指标和对大气中微子$δ_{CP}$的灵敏度。包括系统学在内，10年后的$δ_{CP}=π/2$（$δ_{CP}=π/2$）在$δ_{CP}$上实现了约$38^\circ$（$23^\circ$）的1 $σ$ -分辨率。此外，使用中微子束从Protvino加速器设施的超级ORCA探测器的潜力进行了讨论。这样，10年后，$δ_{CP}=π/2$（$δ_{CP}=π/2$）的$δ_{CP}$分辨率约为$δ_{CP}=0$（$16^\circ$）。
Measuring Changes in the Atmospheric Neutrino Rate Over Gigayear Timescales
在与太阳系年龄相当的时间尺度上测量宇宙射线通量，$\sim 4.5\,$ Gyr，可以为地球，太阳系甚至我们的银河系的历史提供一个新的窗口。我们提出了一种技术，间接测量宇宙射线的速度作为时间的函数使用的痕迹，大气中微子的古探测器，天然矿物记录的损害轨迹从核反冲。地球上常见的矿物年龄为$\lesssim 1\,$ Gyr，这使得我们能够在与太阳系年龄相同的时间尺度上回顾宇宙射线的历史。由于收集了不同年代的样品，并具有合理的准确性，这种技术特别适合于测量地球上宇宙射线通量的历史变化，并广泛适用于天体物理学和天体物理学。
Exploring the Earth matter effect with atmospheric neutrinos in ice
我们研究了利用大气中微子在地球深处传播过程中的θ 13驱动物质效应，在超小型冰切伦科夫探测器中进行中微子振荡层析成像和确定中微子质量等级的可能性.我们考虑了正在进行的IceCube/DeepCore中微子观测站和未来计划的扩展，例如具有较低能量阈值的PINGU探测器。我们的模拟包括对中微子振荡参数的边缘化的影响和一个完全相关的系统的不确定性的事件总数。对于目前最适合的混合角θ 13值，DeepCore探测器由于其相对较高的能量阈值，在真正的正态分层的情况下，10年后在~ 1.6 sigma CL下，只能对地球密度归一化Δρ \simeq \pm 10%的波动敏感。对于我们考虑的两种PINDU构型，10年后在2 σ CL下可以测量到Δρ \simeq \pm 3%（\pm 2%）的总体密度波动，在正常质量等级的情况下也是如此。我们还比较了在这三种配置中确定中微子质量等级的前景，并发现这可以在5 sigma CL下实现，对于两个等级，在DeepCore中5年后，在PINGU中约1年。这清楚地表明了将能量阈值降低到10 GeV以下的重要性，以便探测器对共振物质效应完全敏感。
KM3NeT/ORCA: status and perspectives for neutrino oscillation and mass hierarchy measurements
下一代中微子望远镜基础设施，千米立方体中微子望远镜KM 3 NeT，目前正在地中海建造。它的低能量配置ORCA被优化用于探测能量高于~1 GeV的大气中微子。ORCA探测器的主要目标是精确测量大气中微子振荡参数和确定中微子质量序。该探测器还对其他各种物理主题敏感，如暗物质，非标准相互作用和无菌中微子。概述了ORCA探测器及其研究方案，以及对4线阵列收集的数据的早期分析。
High-precision measurement of atmospheric mass-squared splitting with T2K and NOvA
大气质量平方分裂的精确测量|Δ m^2_{μ μ}|是建立三味范式和约束中微子质量模型的关键。此外，精确的|Δ m^2_{μ μ}|将大大提高未来中基线反应堆实验，如JUNO和RENO-50的层次范围。在这项工作中，我们探索的精度，|Δ m^2_{μ μ}|在T2K和NOvA全面运行后可用。我们发现，合并数据将能够提高精度，|Δ m^2_{μ μ}|至最大2 - 3混合的次百分比水平。根据\sin^2 θ_{23}在当前允许的3 sigma范围内的真实值，|Δ m^2_{μ μ}|将在0.87%到1.24%之间变化。我们进一步证明了这是一个稳健的测量，因为它几乎不受θ_{13}，δ_{CP}，质量等级选择和系统误差的影响。
Improving the hierarchy sensitivity of ICAL using neural network
大气中微子实验可以确定中微子质量等级的任何值的$δ_{CP}$。位于印度的中微子天文台的铁量热计（ICAL）探测器可以通过确定产生的μ子的电荷来区分$ν_μ$和$\barν_μ$的带电电流相互作用。因此，它特别适合于确定层次结构。在能量为几个GeV、路径长度为几千公里的中微子中，这种层次特征更为突出，即方向不接近水平的$\textit{i.e.}$中微子。我们使用自适应神经网络来识别这样的事件，具有良好的效率和纯度。根据这些选定事件计算的层级敏感度达到$3 σ$级别，其中$Δχ^2$为9。
Atmospheric Neutrino Status
这次会议讨论了在超级神冈和冰立方实验中大气中微子探测的新结果。Super-Kamiokande测量了能量范围为100 MeV-10 TeV的大气中微子，并使用该数据集最终测量了电子（μ子）中微子的东西效应，达到8.0（6.0）$σ$。IceCube是测量高能大气中微子的理想选择，并探索了大气中微子的不同产生通道如何对观测到的总通量做出贡献。测量结果与由π介子和K介子衰变产生的传统光谱一致，而来自瞬发通道（由于粲衰变）的贡献与零一致。
Atmospheric aerosol diagnostics with UAV-based holographic imaging and computer vision
排放到大气中的颗粒物对于表征颗粒大小、形态和成分等特性至关重要，有助于更好地了解对公众健康和气候的影响。然而，目前还没有能够在与野火或火山爆发等事件相关的广泛领域内以如此高的细节测量单个颗粒的技术。为了解决这个问题，我们提出了一个自主的测量系统，涉及一个无人驾驶飞行器（UAV）加上一个数字内联全息显微镜原位粒子诊断。飞行控制系统使用计算机视觉来定位并跟踪载有颗粒的流动的运动，同时对颗粒进行采样，以确定它们从源头运输时的特性。我们证明了该系统适用于测量烟羽中的颗粒物，并讨论了这种类型的系统在类似应用中的更广泛的影响。
Results from MINOS and NOvA
MINOS实验自2005年以来在NuMI光束中运行，提供了对大气质量分裂$|Δm^2_{32}|$的最精确测量，最近$ν_μ$，$ν_e$和大气中微子样本的组合提供了一些非最大混合的证据，并暗示了中微子质量等级和$θ_{23}$八分圆。NOvA实验的建设，位于离轴的升级NuMI光束，几乎完成。在未来的几年里，它将有很大的力量来探测质量等级、$θ_{23}$八分圆和轻子区$\mathcal{CP}$违反的可能性。本文概述了MINOS的结果，以及NOvA实验的灵敏度。
Neutrino mass hierarchy determination and other physics potential of medium-baseline reactor neutrino oscillation experiments
中基线反应堆中微子振荡实验（MBRO）被用来确定中微子质量等级（MH）和精确测量中微子振荡参数。在充分的统计量、优于~3%/ \sqrt{E}的能量分辨率和充分理解的能量非线性的情况下，可以通过分析反应堆反中微子存活谱中大气质量平方差驱动的振荡信号来确定MH。利用这种高性能的MBRO探测器，可以测量到亚百分水平的振荡参数，如\sin^2 2θ_{12}，Δm^2_{21}和Δm^2_{32}，这使得未来的PMNS矩阵么正性测试能够达到~1%的水平，并有助于即将进行的无中微子双β衰变实验限制允许< m_{ββ} >值。结合下一代长基线束流中微子和大气中微子振荡实验结果，MH测定灵敏度可达到更高水平。除了中微子振荡物理外，MBRO探测器还可用于地中微子、天体物理中微子和质子衰变的研究。我们建议启动一项美国研发计划，以确定、量化和满足MBRO实验成功所必需的关键挑战。
Enhancing sensitivity to neutrino parameters at INO combining muon and hadron information
INO的ICAL实验旨在从大气中微子的观测中识别中微子质量等级，并帮助提高大气中微子混合参数的精度。虽然ICAL的设计主要是为了测量μ子动量而优化的，但它也能够测量每个事件中的强子能量。虽然强子能量的测量分辨率相对较低，但它包含了关于事件的关键信息，当与μ子数据一起使用时，可以提取这些信息。我们证明，通过增加强子能量信息的μ子能量和μ子方向在每个事件，ICAL的中微子参数的灵敏度可以显着提高。使用现实的探测器响应ICAL，我们提出了它的增强达到确定中微子质量层次，大气质量平方差和混合角θ 23，包括其八分圆。特别是，我们表明，使用强子能量信息的分析可以区分正常和颠倒的质量等级，在50 kt ICAL下暴露10年，Δ tachi ^[2]约为9，这相当于比仅μ子分析提高了约40%。
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