Published January 1, 2021
| Version v1
Publication
$pp$ Solar Neutrinos at DARWIN
- 1. University of California, Berkeley
- 2. Netherlands Institute for Radio Astronomy
- 3. Fermi National Accelerator Laboratory
- 4. Centro Científico Tecnológico - San Juan
Description
The DARWIN collaboration recently argued that DARWIN (DARk matter WImp search with liquid xenoN) can collect, via neutrino--electron scattering, a large, useful sample of solar $pp$-neutrinos, and measure their survival probability with sub-percent precision. We explore the physics potential of such a sample in more detail. We estimate that, with 300 ton-years of data, DARWIN can also measure, with the help of current solar neutrino data, the value of $\sin^2θ_{13}$, with the potential to exclude $\sin^2θ_{13}=0$ close to the three-sigma level. We explore in some detail how well DARWIN can constrain the existence of a new neutrino mass-eigenstate $ν_4$ that is quasi-mass-degenerate with $ν_1$ and find that DARWIN's sensitivity supersedes that of all current and near-future searches for new, very light neutrinos. In particular, DARWIN can test the hypothesis that $ν_1$ is a pseudo-Dirac fermion as long as the induced mass-squared difference is larger than $10^{-13}$ eV$^2$, one order of magnitude more sensitive than existing constraints. Throughout, we allowed for the hypotheses that DARWIN is filled with natural xenon or $^{136}$Xe-depleted xenon.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
جادل تعاون داروين مؤخرًا بأن داروين (DARk matter WImp search with liquid xenoN) يمكن أن يجمع، عبر تشتت النيوترينو - الإلكترون، عينة كبيرة ومفيدة من النيوترونات الشمسية $ pp$، ويقيس احتمال بقائها بدقة دون النسبة المئوية. نستكشف إمكانات الفيزياء لمثل هذه العينة بمزيد من التفصيل. نقدر أنه مع 300 طن من البيانات، يمكن لداروين أيضًا، بمساعدة بيانات النيوترينو الشمسية الحالية، قياس قيمة $\sin^2θ _{ 13 }$، مع إمكانية استبعاد $\sin^ 2θ _{ 13 }=0$ بالقرب من مستوى ثلاثة سيجما. نستكشف بشيء من التفصيل مدى قدرة داروين على تقييد وجود حالة نيوترينو جديدة ذات كتلة $ν _4$ شبه متحللة مع $ν _1$ ونجد أن حساسية داروين تحل محل حساسية جميع عمليات البحث الحالية والقريبة من المستقبل عن نيوترونات جديدة وخفيفة للغاية. على وجه الخصوص، يمكن لداروين اختبار الفرضية القائلة بأن $ν _1$ هو فيرميون ديراك زائف طالما أن فرق الكتلة التربيعية المستحث أكبر من $10 ^{-13 }$ eV $^2$، وهو أمر أكثر حساسية من القيود الحالية. طوال الوقت، سمحنا للفرضيات القائلة بأن داروين مليء بالزينون الطبيعي أو الزينون المستنفد بقيمة $^{ 136 }$.Translated Description (English)
The DARWIN collaboration recently argued that DARWIN (DARk matter WImp search with liquid xenoN) can collect, via neutrino--electron scattering, a large, useful sample of solar $pp$-neutrinos, and measure their survival probability with sub-percent precision. We explore the physics potential of such a sample in more detail. We estimate that, with 300 ton-years of data, DARWIN can also measure, with the help of current solar neutrino data, the value of $\sin^2θ_{13}$, with the potential to exclude $\sin^2θ_{13}=0$ close to the three-sigma level. We explore in some detail how well DARWIN can constrain the existence of a new neutrino mass-eigenstate $ν_4$ that is quasi-mass-degenerate with $ν_1$ and find that DARWIN's sensitivity supersedes that of all current and near-future searches for new, very light neutrinos. In particular, DARWIN can test the hypothesis that $ν_1$ is a pseudo-Dirac fermion as long as the induced mass-squared difference is larger than $10^{-13}$ eV$^2$, one order of magnitude more sensitive than existing constraints. Throughout, we allowed for the hypotheses that DARWIN is filled with natural xenon or $^{136}$Xe-depleted xenon.Translated Description (French)
La collaboration DARWIN a récemment soutenu que DARWIN (DARk matter WImp search with liquid xenoN) peut collecter, via la diffusion neutrino-électronique, un grand échantillon utile de neutrinos solaires $pp$ , et mesurer leur probabilité de survie avec une précision inférieure au pourcentage. Nous explorons plus en détail le potentiel physique d'un tel échantillon. Nous estimons qu'avec 300 tonnes-années de données, DARWIN peut également mesurer, à l'aide des données actuelles sur les neutrinos solaires, la valeur de $ \sin^2θ_{13}$ , avec le potentiel d'exclure $ \sin^2θ_{13}=0 $ proche du niveau de trois-sigma. Nous explorons en détail dans quelle mesure DARWIN peut contraindre l'existence d'un nouvel état de masse de neutrinos $ν_4 $ qui est quasi-dégénéré en masse avec $ν_1 $ et constatons que la sensibilité de DARWIN remplace celle de toutes les recherches actuelles et futures pour de nouveaux neutrinos très légers. En particulier, DARWIN peut tester l'hypothèse que $ν_1 $ est un fermion pseudo-Dirac tant que la différence de masse au carré induite est supérieure à $10^{-13}$ eV$^2 $ , un ordre de grandeur plus sensible que les contraintes existantes. Tout au long, nous avons tenu compte des hypothèses selon lesquelles DARWIN est rempli de xénon naturel ou de xénon appauvri en $^{136}$ Xe.Translated Description (Spanish)
La colaboración de DARWIN argumentó recientemente que DARWIN (DARk matter WImp search with liquid xenoN) puede recolectar, a través de la dispersión de neutrinos y electrones, una muestra grande y útil de neutrinos solares $pp$, y medir su probabilidad de supervivencia con una precisión inferior al porcentaje. Exploramos el potencial físico de una muestra de este tipo con más detalle. Estimamos que, con 300 toneladas-año de datos, DARWIN también puede medir, con la ayuda de los datos actuales de neutrinos solares, el valor de $\sin^2θ_{13}$, con el potencial de excluir $\sin^2θ_{13}=0$ cerca del nivel de tres sigma. Exploramos con cierto detalle qué tan bien DARWIN puede restringir la existencia de un nuevo autoestado de masa de neutrinos $ν_4$ que es casi degenerado en masa con $ν_1$ y encontramos que la sensibilidad de DARWIN reemplaza a la de todas las búsquedas actuales y futuras de neutrinos nuevos y muy ligeros. En particular, DARWIN puede probar la hipótesis de que $ν_1$ es un pseudofermión de Dirac siempre que la diferencia de masa al cuadrado inducida sea mayor que $10^{-13}$ eV$^2$, un orden de magnitud más sensible que las restricciones existentes. En todo momento, permitimos la hipótesis de que DARWIN está lleno de xenón natural o xenón empobrecido en $^{136}$ Xe.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- $pp$ النيوترونات الشمسية في داروين
- Translated title (English)
- $pp$ Solar Neutrinos at DARWIN
- Translated title (French)
- $pp$ Neutrinos solaires à DARWIN
- Translated title (Spanish)
- $pp$ Neutrinos solares en DARWIN
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4225677264
- DOI
- 10.48550/arxiv.2111.02421