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arXiv 2202.09217hep-phhep-ex
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利用DUNE近探测器间接搜索重中性轻子

Indirect search of Heavy Neutral Leptons using the DUNE Near Detector

S. Carbajal, A. M. Gago

备注：
11 pages, 13 figures; the chi2 is now calculated by comparing the neutrino CC spectra instead of the total CC events
发表信息：
Frontiers in Physics 12 (2024)
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AI总结：

本研究利用DUNE近探测器，通过分析重中性轻子导致的中微子带电流事例缺失间接搜索HNL，在1eV-500MeV质量范围得到优于部分直接搜索的约束，填补了部分质量区间的约束空白。

摘要：

我们评估了DUNE近探测器（DUNEND）为重中性轻子（HNL）设定约束边界的潜力。该研究通过分析HNL的存在如何影响活性中微子的产生率实现——这会在DUNEND的液氩时间投影室（LArTPC）中造成中微子带电流（CC）事例数的缺失。我们针对1 eV至500 MeV质量范围内的HNL计算了估计约束边界。研究考虑了10年的运行时间（5年中微子模式+5年反中微子模式），在中微子带电流事例数预测存在5%（20%）的整体归一化不确定度、且HNL质量低于10 MeV的条件下，得到的约束极限为$|U_{\text{μ4}}|^2 < 9 \times 10^{-3}（4 \times10^{-2}）$，$|U_{e4}|^2 < 7\times10^{-3}（3 \times10^{-2}）$。在质量低于2（10）MeV的区间内，当不确定度为5%（20%）时，这些约束极限优于DUNE直接搜索所能达到的结果。当采用保守的20%不确定度时，我们的约束极限仅能在5 eV附近的小质量区间内将现有对$|U_{e4}|^2$的约束最高提升3倍，并且能在尚无约束的质量区间（40 eV - 1 MeV）内设定$|U_{\text{μ4}}|^2$的约束极限。

英文摘要：

We evaluate the potential of the DUNE Near Detector (DUNEND) for establishing bounds for heavy neutral leptons (HNL). This is achieved by studying how the presence of HNLs affects the production rates of active neutrinos, therefore, creating a deficit in the neutrino charged current (CC) events at the LArTPC of the DUNEND. The estimated bounds on HNLs are calculated for masses between 1 eV and 500 MeV. We consider 10 years of operation (5 in neutrino and antineutrino mode) and obtain limits of $|U_{\mu4}|^2 < 9 \times 10^{-3} (4 \times10^{-2})$ and $|U_{e4}|^2 < 7\times10^{-3} (3 \times10^{-2})$ for masses below 10 MeV and a 5\%(20\%) overall normalization uncertainty in the neutrino charged current event rates prediction. These limits, within the region of masses below 2(10) MeV, are better than those that can be achieved by DUNE direct searches for the case of a 5\%(20\%) uncertainty. When a conservative 20\% uncertainty is present, our limits can only improve current constraints on $|U_{e4}|^2$ by up to a factor of 3 in a small region around 5 eV and set limits on $|U_{\mu4}|^2$ in a mass region free of constraints (40 eV - 1 MeV).

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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