[论文解读] Baikal-GVD: status and prospects

GVD Collaboration, А. В. Аврорин+50 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

Baikal-GVD 是一座正在俄罗斯贝加尔湖建设的千米量级中微子望远镜，通过切伦科夫辐射探测高能天体中微子。截至2018年，已部署三个簇（864个光学模块），实现了对向上穿行μ子和高能级联事例的早期探测，并基于与GW170817的非同时探测结果，得出了中微子通量的上限。

ABSTRACT

Baikal-GVD is a next generation, kilometer-scale neutrino telescope under construction in Lake Baikal. It is designed to detect astrophysical neutrino fluxes at energies from a few TeV up to 100 PeV. GVD is formed by multi-megaton subarrays (clusters). The array construction started in 2015 by deployment of a reduced-size demonstration cluster named "Dubna". The first cluster in its baseline configuration was deployed in 2016, the second in 2017 and the third in 2018. The full scale GVD will be an array of ~10000 light sensors with an instrumented volume of about 2 cubic km. The first phase (GVD-1) is planned to be completed by 2020-2021. It will comprise 8 clusters with 2304 light sensors in total. We describe the design of Baikal-GVD and present selected results obtained in 2015-2017.

研究动机与目标

• 在贝加尔湖建设千米量级中微子望远镜，以探测高能天体中微子。
• 在垂直钢丝上部署模块化光学模块（OM）阵列，形成具有高探测灵敏度的簇。
• 通过部分部署实现早期物理研究，包括μ子和级联事例的探测。
• 搜索与引力波事件（如GW170817）相关的中微子事例。
• 建立具有高角分辨率和能量分辨率的多百万吨量级探测器，用于宇宙中微子研究。

提出的方法

• 在湖底以735至1260米深度锚定的垂直钢丝上部署带有光电倍增管（PMT）的光学模块（OM）。
• 每根钢丝上OM间距为15米，每根钢丝分组为12个OM构成一个功能探测单元（DU）。
• 实施实时数据采集（DAQ），基于最少触发PMT数量的条件进行信号筛选。
• 通过电-光复合电缆将每个簇连接至岸边，实现供电、控制及高带宽数据传输。
• 应用方向和能量重建算法，从切伦科夫光模式中识别中微子候选事例。
• 利用与引力波触发（如GW170817）的时间与空间同时性切片，抑制大气背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 Baikal-GVD能否利用早期阶段的簇部署探测高能天体中微子？
• RQ2 Baikal-GVD对与GW170817等引力波事件相关的中微子具有多高的灵敏度？
• RQ3 探测与重建技术在向上运动μ子中微子和级联事例中的有效性如何？
• RQ4 基于Baikal-GVD数据，对GW170817的中微子通量可建立何种上限？
• RQ5 模块化设计在全面部署前，能在多大程度上支持物理研究？

主要发现

• 截至2018年4月，Baikal-GVD已部署三个簇，共864个光学模块，当时为全球最大的水下中微子望远镜。
• 首个簇（2016年4月部署）使研究人员能够将向上穿行的μ子明确识别为中微子候选事例。
• 通过放宽选择条件，识别出两个高能级联事例，作为潜在的天体中微子候选。
• 在±500秒或14天时间窗内，未发现与GW170817同时发生的显著中微子候选事例。
• 幸存事例的中位角误差为4.5°，在±500秒时间窗内预期的大气背景约为0.05个事例。
• 在90%置信水平下，对中微子能谱通量得出了±500秒和14天时间窗的上限，与理论模型一致。