[論文レビュー] Search for sterile neutrino oscillation using RENO and NEOS data

Z. Atif, Jiwon Choi+45 more|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2020

Chemical and Physical Properties of Materials参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、同じ韓碑原子力発電所に設置されたReno近接検出器の2,509日分のデータとNEOSの180日分のデータを用いて、反応炉モデルに依存しないステアリックニュートリノ振動の探索を実施した。NEOSの即時エネルギースペクトルをRenoの測定から導出した振動なし予測と比較することで、95%信頼水準（C.L.）で $0.1 < |\Delta m_{41}^2| < 7$ eV$^2$ の領域を除外し、68% C.L. の最尤パラメータとして $|\Delta m_{41}^2| = 2.41$ eV$^2$ および $\sin^2 2\theta_{14} = 0.08$ を得た。p値は8.2%であった。

ABSTRACT

We present a reactor model independent search for sterile neutrino oscillation using 2\,509\,days of RENO near detector data and 180 days of NEOS data. The reactor related systematic uncertainties are significantly suppressed as both detectors are located at the same reactor complex of Hanbit Nuclear Power Plant. The search is performed by electron antineutrino\,($\overlineν_e$) disappearance between six reactors and two detectors with baselines of 294\,m\,(RENO) and 24\,m\,(NEOS). A spectral comparison of the NEOS prompt-energy spectrum with a no-oscillation prediction from the RENO measurement can explore reactor $\overlineν_e$ oscillations to sterile neutrino. Based on the comparison, we obtain a 95\% C.L. excluded region of $0.1&lt;|Δm_{41}^2|&lt;7$\,eV$^2$. We also obtain a 68\% C.L. allowed region with the best fit of $|Δm_{41}^2|=2.41\,\pm\,0.03\,$\,eV$^2$ and $\sin^2 2θ_{14}$=0.08$\,\pm\,$0.03 with a p-value of 8.2\%. Comparisons of obtained reactor antineutrino spectra at reactor sources are made among RENO, NEOS, and Daya Bay to find a possible spectral variation.

研究の動機と目的

• 反応炉モデルに依存しないステアリックニュートリノ振動の探索を、反応炉ニュートリノ実験において実施すること。
• 同じ原子力発電所に設置された検出器を用いることで、反応炉関連の系統的不確実性を低減すること。
• RenoとNEOSのデータを用いたスペクトル比較を通じて、電子反ニュートリノがステアリック状態への消失を起こすかどうかを調査すること。
• 独立した反応炉データを用いて、(3+1)ニュートリノ混合モデルの制約を強化すること。

提案手法

• 韓碑原子力発電所に設置されたReno近接検出器の2,509日分のデータとNEOSの180日分のデータを用いる。
• Renoの測定から導出した振動なし予測とNEOSの即時エネルギースペクトルを比較し、反応炉モデルスペクトルに依存しない。
• Renoの419 m、NEOSの24 mというフラックス重み付き基準距離を用いてニュートリノ振動を調査する。
• Reno、NEOS、Daya Bayのスペクトル形状を比較し、反応炉反ニュートリノスペクトルの一貫性を評価する。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、結果の有意性と一貫性を評価する。
• 核分裂分率の差を補正し、Zylaら（2020年）のグローバル最尤3ν振動パラメータをスペクトル外挿法に適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RenoおよびNEOSのデータを用いて、反応炉モデルに依存しないステアリックニュートリノ振動の探索が可能かどうか。
• RQ2 ステアリックニュートリノパラメータ $|\Delta m_{41}^2|$ および $\sin^2 2\theta_{14}$ の除外領域の範囲はどの程度か。
• RQ3 Reno、NEOS、Daya Bayが測定した反応炉反ニュートリノスペクトルはどの程度一貫しているか。
• RQ4 NEOSのスペクトルは、系統的不確実性の範囲内で(3+1)ニュートリノ振動の予想と一致するスペクトルモードレーションを示しているか。
• RQ5 3つの実験間のスペクトル差の有意性はどの程度か。

主な発見

• 95%信頼水準（C.L.）でステアリックニュートリノ振動の除外領域が $0.1 < |\Delta m_{41}^2| < 7$ eV$^2$ に確立された。
• 最尤パラメータは $|\Delta m_{41}^2| = 2.41$ eV$^2$ および $\sin^2 2\theta_{14} = 0.08$ であり、p値は8.2%であった。
• RenoとNEOSのスペクトル比較では、反応炉関連の系統的不確実性がわずか0.04%にまで低減され、モデル依存性が顕著に減少した。
• NEOSのスペクトルは、(3+1)振動の期待と類似した弱いスペクトルモードレーションを示したが、系統的不確実性の範囲内であった。
• Reno、NEOS、Daya Bayのスペクトル比較では、系統的不確実性の範囲内で一般的に一致しており、RenoとDaya Bayの差が最小であった。
• アップデートされたDaya Bay 2021年スペクトルは、Renoとはエネルギースケールにずれがなく、2017年版のDaya Bayスペクトルとは異なっていた。