大亚湾反应堆中微子实验中心探测器的光学模型及其应用

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中微子物理是当今粒子物理,天体物理和宇宙学的交叉前沿和研究热点。中微子振荡是目前观测到的唯一超出标准模型的现象,是开启新物理的大门。θ13是中微子振荡理论的六个基本混合参数之一,其大小决定了中微子物理的发展方向,直接决定了中微子振荡中CP破坏的强度。  大亚湾反应堆中微子实验以精确测量sin22θ13为物理目标,设计的灵敏度为在90%的置信区间确定sin22θ13至0.01的精度。大亚湾利用全同的中微子探测器在山体覆盖下做远近相对测量,以降低本底和抵消反应堆及探测的关联误差。大亚湾实验于2011年12月24日开始正式取物理数据。2012年3月8日,使用55天的数据,以5.2倍标准偏差公布发现了振荡参数θ13不为0的结果,且sin22θ13=0.092±0.016(stat.)±0.005(syst.)。随着统计量的不断增大,统计误差减小,分析方法的改进和完善。在取数139天后,大亚湾又发表了更新的结果,给出了更新的振荡结果为sin22θ13=0.089±0.010(stat)±0.005(syst)。  中心探测器即中微子探测器,用以捕获反应堆释放的中微子。中心探测器的光学模型可以提供对光电倍增管上电荷分布的预测,这样就可应用到分析软件的开发和实验数据分析中。利用刻度源数据对光学模型的关键参数进行优化调节,使其可以准确预测192个光电倍增管上的电荷分布。  优化了的光学模型被应用于事例鉴别,根据每个事例的实际电荷分布和计算出的电荷分布之间符合情况,定义了变量“Likelihood”,根据“Likelihood值的大小可区分物理事例和非物理事例,进而可以研究非物理事例本底;基于光学模型,当已知放射源在探测器中的位置时,可推出掺Gd液闪和普通液闪的衰减长度与特定光电倍增管上接收的电荷DoubleRatio之间的关系,通过监测DoubleRatio随时间的变化可以在取数过程中实时测量液闪衰减长度的变化情况;基于光学模型可构造x2拟合事例沉积能量的顶点和能量大小,为极大似然重建方法,该方法具有顶点重建偏差小的优点,可用于本底来源的研究。  研究了基于线性烷基苯(LAB)和均三甲苯的液体闪烁体的温度响应。实验表明,当温度从26℃下降到-40℃时,两种液闪的光产额连同实验中用的光电倍增管使总的光产额增加了约34%。实验帮助我们理解液闪探测器的能量响应,特别是对于下一代反应堆中微子实验。下一代中微子实验比如江门中微子实验,物理目标是测量中微子质量等级,这个实验需要探测器具有很高的能量分辨。我们研究发现当温度降低时,液闪的透光率不会发生明显的变化,因此如果将实验的温度降到4℃附近,液闪的光产额联合其后的光电倍增管光阴极的温度响应使光产额增加了约13%。  最后本文还介绍了利用反应堆功率涨落检验本底和拟合θ13。
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