近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所理論物理室李英英副研究員與合作者在粒子物理研究中取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)首次提出，類似IceCube的中微子望遠(yuǎn)鏡不僅可用于探測(cè)高能天體事件，還可用于捕捉超新星爆發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量在Sub-MeV至GeV范圍內(nèi)的潛在新物理信號(hào)。相關(guān)成果于6月4日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Phys. Rev. Lett. 134, 221002）。
本研究聚焦于超新星爆發(fā)過(guò)程中中微子信號(hào)的精細(xì)時(shí)間結(jié)構(gòu)，探索其中隱藏的超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理信號(hào)。在超新星內(nèi)部產(chǎn)生的新物理粒子在傳播至地球的過(guò)程中可能衰變?yōu)橹形⒆樱ㄒ?jiàn)圖1），從而使部分中微子信號(hào)相較于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)出現(xiàn)提前或延遲。這些具有特征性時(shí)間分布的中微子信號(hào)為檢驗(yàn)各類新物理模型提供了可能。
中微子望遠(yuǎn)鏡通過(guò)高精度測(cè)量超新星中微子的時(shí)間輪廓，在短至約0.01秒的時(shí)間分辨率下展現(xiàn)出前所未有的新物理探測(cè)能力。研究結(jié)果顯示，處于標(biāo)準(zhǔn)模型時(shí)間窗口之外的中微子信號(hào)，無(wú)論是提前到達(dá)還是延遲出現(xiàn)，都能夠被當(dāng)前及未來(lái)的探測(cè)技術(shù)有效識(shí)別，進(jìn)而顯著擴(kuò)大我們對(duì)新物理的探索范圍（見(jiàn)圖2）。
為推動(dòng)該方向的進(jìn)一步研究，團(tuán)隊(duì)已公開(kāi)發(fā)布本研究使用的分析代碼，支持科研人員評(píng)估超新星模型不確定性對(duì)新物理探測(cè)靈敏度的影響。這項(xiàng)工作不僅拓寬了中微子望遠(yuǎn)鏡在基礎(chǔ)物理研究中的應(yīng)用邊界，也為探索Sub-MeV至GeV能區(qū)的新物理提供了新的實(shí)驗(yàn)方向。
本項(xiàng)研究由哈佛大學(xué)的Carlos Argüelles、俄克拉荷馬州立大學(xué)的Vedran Brdar、比利時(shí)魯汶大學(xué)的Jeffery Lazar和中科院高能所的李英英合作完成，論文作者按字母排序。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院高能所引進(jìn)人才項(xiàng)目的資助。
成果鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.221002
圖1:?新物理粒子衰變產(chǎn)生的中微子信號(hào)相較于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)具有時(shí)間延遲效應(yīng)。
圖2:IceCube中微子望遠(yuǎn)鏡可探測(cè)的新物理參數(shù)空間（以Majoron模型為例）。
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