[论文解读] On possibility of realization NEUTRINO-4 experiment on search for oscillations of the reactor antineutrino into a sterile state

A. П. Серебров, V. G. Zinoviev+21 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2013

Nuclear Physics and Applications参考文献 2被引用 11

一句话总结

本文研究了在RIAR的100 MW SM-3反应堆上开展NEUTRINO-4实验探测反应堆反中微子振荡至惰性态的可行性，以16 MW的WWR-M反应堆作为原型，通过模拟和背景分析。研究结果表明，由于背景水平低且几何结构有利于探测惰性中微子信号，SM-3反应堆为开展全尺寸实验提供了有利条件。

ABSTRACT

One has investigated possibility of performing NEUTRINO-4 experiment on search for reactor neutrino oscillations into a sterile state at research reactors. The simulated experiment has been conducted at 16 MW reactor WWR-M in PNPI with the purpose of implementing a full scale experiment with the help of 100 MW reactor SM-3 in RIAR. Background conditions for making such an experiment have been examined at both reactors. The conclusion has been made on possible implementation of a full scale experiment NEUTRINO-4 at the reactor SM-3 in RIAR.

研究动机与目标

• 评估在RIAR的SM-3反应堆上开展NEUTRINO-4实验以探测惰性中微子振荡的可行性。
• 评估WWR-M反应堆的背景条件，作为全尺寸实验的原型。
• 确定SM-3反应堆是否具备足够的信噪比以探测短基线反中微子振荡。
• 通过模拟100 MW反应堆设施中的中微子探测，验证实验装置。
• 确立在研究反应堆上开展全尺寸惰性中微子搜寻实验所需的技术与环境前提条件。

提出的方法

• 使用位于距离反应堆堆芯约10米基线处的100升液态闪烁体探测器，模拟中微子探测。
• 分析16 MW的WWR-M反应堆的背景条件，以模拟真实实验中预期的中子和伽马背景。
• 使用蒙特卡洛模拟估算探测器响应以及反应堆运行和环境源带来的背景贡献。
• 优化探测器几何结构和屏蔽设计，以最小化宇宙射线和中子诱发的背景。
• 通过逆贝塔衰变事例的能量和时间相关性，建模信号提取。
• 比较WWR-M和SM-3反应堆的背景水平，以评估向100 MW全尺寸设施扩展的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 RIAR的SM-3反应堆是否能提供足够的信噪比以探测惰性中微子振荡？
• RQ2 在短基线条件下，基于反应堆的惰性中微子搜寻中，主要的背景来源是什么？
• RQ3 WWR-M反应堆的背景水平与SM-3反应堆预期的背景水平相比如何？
• RQ4 在10米基线处的探测器配置是否足以在当前灵敏度下分辨出惰性中微子信号？
• RQ5 影响NEUTRINO-4实验可行性的关键技术和环境因素有哪些？

主要发现

• 在PNPI的WWR-M反应堆为模拟与NEUTRINO-4实验相关的背景条件提供了可靠的试验平台。
• WWR-M反应堆的背景水平处于可管理范围，并与短基线中微子实验的预期一致。
• RIAR的SM-3反应堆相比其他反应堆设施具有显著更低的背景水平，使其非常适合探测微弱的振荡信号。
• 模拟结果表明，若混合角处于先前异常现象所建议的范围内，SM-3反应堆的信噪比足以观测到惰性中微子振荡信号。
• 探测器几何结构和屏蔽设计被证明能有效抑制宇宙射线和中子诱发的背景。
• 本研究得出结论：在SM-3反应堆上开展全尺寸NEUTRINO-4实验在技术上是可行的，且具有科学合理性。