具有多个检测器的中基线反应堆中微子实验的质量层次敏感性下载

weixin_39821228 2020-09-20 05:00:39

我们报告了使用多个探测器对中基线反应堆中微子实验进行的中微子质量等级（MH）测定，其中通过添加近探测器可以显着提高测量MH的灵敏度。然后，深入研究了近探测器的基线和目标质量对组合MH灵敏度的影响。对于目标质量为20 kton且基线为52.5 km的远距离探测器，近探测器的基线和目标质量的最佳选择分别为〜12.5 km和〜4 kton。作为将来的中型基线反应堆中微子实验的典型示例，针对JUNO和RENO-50的特定配置选择了近探测器的最佳位置和目标质量。最后，我们讨论了单探测器和双探测器设置中反应堆抗中微子能谱不确定性的不同影响，这表明在存在近探测器的情况下可以很好地限制光谱不确定性。
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我们报告了使用多个探测器对中基线反应堆中微子实验进行的中微子质量等级（MH）测定，其中通过添加近探测器可以显着提高测量MH的灵敏度。然后，深入研究了近探测器的基线和目标质量对组合MH灵敏度的影响。对于目标质量为20 kton且基线为52.5 km的远距离探测器，近探测器的基线和目标质量的最佳选择分别为〜12.5 km和〜4 kton。作为将来的中型基线反应堆中微子实验的典型示例，针对JUNO和RENO-50的特定配置选择了近探测器的最佳位置和目标质量。最后，我们讨论了单探测器和双探测器设置中反应堆抗中微子能谱不确定性的不同影响，这表明在存在近探测器的情况下可以很好地限制光谱不确定性。

五十多年来，反应堆实验在中微子物理学中的发现和精确测量方面都发挥了重要作用。验证中微子存在的方法之一是观察中微子振荡现象。从反应堆发出的电子抗中微子可测量小混合角θ13，从而提供丰富的中微子特性程序，探测器开发，核监测和应用。使用反应堆中微子，未来的反应堆中微子实验，θ12，Δm122和质量等级的更精确测量将被探索。 θ13的精确测量对于测量加速器的CP违规参数至关重要。因此，反应堆中微子物理学将有助于全面了解中微子质量和混合的基本性质和含义。在本文中，我们使用GloBES仿真软件包研究了RENO-50的几个特性，该特性是未来的中基线反应堆中微子振荡实验。

从现在开始的10年中，基础基线反应堆实验将尝试根据与傅立叶变换中微子谱相关的量确定中微子质量层次。最近钱等。声称这些量强烈依赖于反应堆中微子通量和|ΔM322|的微小变化可能会阻碍该目标。。我们证明了这种影响是由于数量对反应堆中微子谱图的非常高能量（8+ MeV）尾部的虚假依赖性所致。这种依赖性是虚假的，因为高能尾部取决于外来同位素的衰变，并且对质量层次不敏感。傅立叶变换中与能量相关的权重消除了这种虚假依赖，而不会降低正确确定层次结构的机会。

在接下来的10年中，中基线反应堆中微子实验将尝试确定中微子质量等级并精确测量θ12。如果将来自不同基线的相同检测器的数据进行合并，则这两种确定都将更加可靠。尽管可以通过选择与反应堆阵列正交的检测器位置来消除干扰效应，但确定质量等级所面临的最大挑战之一是检测器的未知能量响应。通过在不同基线处的两个相同检测器处比较相似能量下的峰值，可以消除对单调能量响应的任何相关依赖性。另外，第二个检测器产生了新的与层级相关的可观察值，例如傅立叶余弦变换最大值的位置之比。在不同基线处的第二个检测器还打破了θ12和来自例如遥远反应堆的背景中微子通量之间的简并性，并增加了有效目标质量，这被当前设计限制为约20 kton /检测器。

轻子混合参数的精确测量和中微子质量等级的确定是即将进行的中基线反应堆抗中微子实验（如JUNO和RENO-50）的主要目标。在这项工作中，我们通过假设典型的实验装置。事实证明，如果在最乐观的情况下，NSI参数εeμ或εeτ高达2％，则可以在大于3σ的水平上排除真实的混合参数sin2θ12。但是，发现NSI效应的发现范围很小，并且严重取决于违反CP的阶段。最后，我们表明NSI效应可以增强或降低JUNO和RENO-50实验在正常和反向中微子质量层次之间的区分能力。

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