博士论文-大亚湾中微子实验刻度重建及中微子丢失研究

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题名	博士论文-大亚湾中微子实验刻度重建及中微子丢失研究
作者	于泽源
学位类别	博士
答辩日期	2013
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	杨长根
关键词	大亚湾中微子实验中微子振荡刻度与重建本底
学位专业	粒子物理与原子核物理
中文摘要	中微子是研究超出标准模型新物理的关键与突破口。中微子振荡是目前实验中直接观测到的新物理，可以使用PMNS矩阵描述，其中2011年以前未知的参数有$\theta_{13}$、$\Delta m^2_{32}$的符号以及CP破坏相角$\delta_{CP}$。其中$\theta_{13}$不仅是混合矩阵的基本参数之一，其大小也直接决定了目前实验技术手段对后两者的测量能力，即决定了中微子理论与实验下一步发展的方向。大亚湾反应堆中微子实验的物理目标是精确测量$sin^22\theta_{13}$，设计灵敏度为在90\%置信区间上确定$sin^22\theta_{13}$至0.01或更好。大亚湾实验使用八个相同的中微子探测器在山体覆盖下做远近相对测量，降低本底系统误差，抵消反应堆及探测器的关联误差，提高测量精度。大亚湾实验于2011年12月24日开始正式物理取数。2012年3月8日，使用55天的数据，在超出5倍标准偏差下发现$sin^22\theta_{13}$不为0，中心值为$sin^22\theta_{13}=0.092\pm 0.016 \pm 0.005$。本文介绍大亚湾的刻度与重建，及本底、系统误差和中微子丢失的研究。探测器的刻度与重建是物理分析的基础。刻度包括光电倍增管刻度与能量响应刻度。本文详细介绍了刻度流程与结果，并基于此开发了AdScaled重建算法。该算法是大亚湾实验三种重建算法中简单可靠且与真实值相差最小的一种，被合作组物理分析文章所采用。大亚湾设计要求探测器在6MeV处的相对能标误差小于1\%，通过细致比较数据中多探测器之间的响应，得到误差为0.5\%，超出了设计目标。大亚湾使用使用掺钆液闪探测反中微子，特征为快慢信号时间和能量的符合。本文介绍了基于此特征的反中微子事例挑选与本底研究，其中对双中子本底与$\alpha-n$本底进行了细致论述。大亚湾实验的系统误差来自于反应堆与探测器，可分为关联误差与非关联误差。关联误差在远近相对测量中被抵消，探测器非关联误差设计上限为0.38\%，目标为0.18\%。本文介绍了系统误差的研究。最大的探测器非关联误差贡献为慢信号能量cut的效率误差，由探测器之间的相对能标误差决定，上述0.5\%的能标误差带来0.12\%的效率误差，优于设计目标0.24\%。同时，也通过研究刻度数据给出降低关联误差的可行性。在55天的实验数据中，包括本底，远点探测到10416个，近点探测到80376个反中微子候选事例。减除本底后，利用反应堆、基线等信息，通过近点预测无振荡假设下远点应观测到10530个反中微子，而实际观测值为9901个，观测值与预期值之比为$0.940\pm 0.011(stat) \pm 0.004(syst)$，发现中微子丢失，也观测到中微子振荡特有的能谱畸变。通过$\chi^2$的方法，拟合中微子事例率得到$sin^22\theta_{13}=0.092\pm 0.016 \pm 0.005$。
语种	中文
学科主题	粒子物理与原子核物理
公开日期	2016-02-25
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210390]
专题	粒子天体物理中心_学位论文和出站报告高能物理研究所_粒子天体物理中心
作者单位	中国科学院高能物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	于泽源. 博士论文-大亚湾中微子实验刻度重建及中微子丢失研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013.