大亚湾中微子实验中微子事例率与能谱的测量

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中微子是当今物理学热门研究方向之一,它是突破粒子物理标准模型并发现新物理的关键。在粒子物理标准模型所描述的基本费米子中,对中微子的认识是最晚也是最少的。近半个世纪,随着对中微子质量认识的深入,中微子实验取得重大突破,观测到了超出标准模型的中微子振荡现象。中微子的振荡规律可以用6个参数来表示,即两个质量平方差△m221和△m232,三个混合角θ12,θ23和θ13,以及一个CP相位角配P。2012年以前未知的参数有θ13、δCP和△m232的符号,其中θ13的大小更决定了中微子振荡中CP破坏的程度,其精确测量意义重大,为未来中微子实验与理论的发展指明方向。  大亚湾反应堆中微子实验以精确测量中微子振荡混合角θ13为目标,其设计物理目标为90%的置信度下,测量sin22θ13到0.01的精度甚至更好。为实现这一目标,大亚湾实验采用8个全同反中微子探测器,置于山体覆盖下降低宇宙线带来的本底,并通过远近点相对测量抵消反应堆和探测器的关联误差。  大亚湾反应堆中微子实验于2011年12月24日正式开始物理取数。2012年3月8日,积累了55天的物理数据后,公开发表了第一批物理分析结果:sin22θ13=0.092±0.016(stat.)±0.005(syst.),以超过5倍标准偏差确定sin22θ13不为0。这是世界上首次发现这种新的中微子振荡模式。此后,大亚湾实验又分别公布了数据量增加后的物理分析结果和中微子能谱分析结果,测量得到了世界上最精确的sin22θ13值。  本论文研究工作围绕大亚湾反应堆中微子实验的物理分析而展开。探测器的刻度是物理分析的基础,大亚湾实验探测器刻度包括与时间信息相关的PMT时间偏移刻度,及与能量信息相关的PMT增益刻度和能量响应刻度。本文基于作者工作,将介绍PMT时间刻度及能量响应非线性研究方面的相关工作。  大亚湾实验以掺钆液闪为靶,通过反β衰变来探测中微子。中微子会在探测器中先后留下快慢信号,通过快慢信号能量和时间的符合就可以甄别出中微子事例。本文将介绍大亚湾实验采用的中微子甄别条件,相应的中微子甄别结果及甄别效率。并着重介绍偶然符合事例、快中子本底与8He/9Li本底这三种主要本底的事例数与能谱估计。  本文共计分析了217天的大亚湾实验数据,远、近实验点分别探测到41453、299171个中微子候选事例,在仔细分析本底和效率后,结合能谱得到了至今为止最为精确的sin22θ13值:0.092±0.008。
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