[论文解读] Evidence for a 5 MeV Spectral Deviation in the Goesgen Reactor Neutrino Oscillation Experiment

V. Zacek, G. Zacek+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2018

Neutrino Physics Research被引用 8

一句话总结

本文提供了1980年代戈斯根核电站反应堆中微子实验数据中5 MeV能谱过剩的证据，采用对数似然比检验表明无异常假设在3.8σ显著性水平下不成立。作者认为，这一异常——此前在现代反应堆中微子实验中已观测到——早在早期数据中便已存在，表明逆β衰变正电子能谱存在长期偏离。

ABSTRACT

Recent reactor neutrino experiments observe an anomalous excess around 5 MeV in the prompt energy spectra of positrons following the inverse beta decay reaction. In this note we suggest that this 5 MeV anomaly was already present in a much earlier experiment, which was carried out in the 1980's at three distances from the 2.8 GW nuclear powerplant at Goesgen, Switzerland. In particular we demonstrate with a log-likelihood test performed on the Goesgen data that the no-anomaly hypothesis is disfavored at a level of 3.8 sigma.

研究动机与目标

• 调查现代反应堆中微子实验中观测到的5 MeV能谱过剩是否已在戈斯根核电站1980年代的早期数据中存在。
• 使用现代统计方法重新分析1980年代的历史反应堆中微子数据，以检验是否存在异常。
• 评估观测到的5 MeV过剩是否为数十年来反应堆中微子测量中的持久特征。
• 在原始戈斯根实验数据的背景下，确定该异常的统计显著性。

提出的方法

• 对1980年代戈斯根反应堆中微子振荡实验的历史原发正电子能谱进行重新分析。
• 应用对数似然比检验，将观测到的能谱分布与无异常假设下的预期谱进行比较。
• 采用基于反应堆功率和距离相关中微子通量的谱模型，预测预期的正电子能谱。
• 在谱建模中纳入系统不确定性，以确保统计检验的稳健性。
• 使用对数似然比得出的p值，对5 MeV过剩的显著性进行统计评估。
• 将观测数据与预测谱进行比较，以识别约5 MeV处的偏离。

实验结果

研究问题

• RQ1 1980年代戈斯根实验中的反应堆中微子数据是否已存在5 MeV能谱过剩？
• RQ2 在无异常假设下检验时，戈斯根数据中5 MeV偏离的统计显著性如何？
• RQ3 历史数据是否支持现代反应堆中微子实验中观测到的持久异常的存在？
• RQ4 1980年代数据中正电子能谱的谱形与现代反应堆中微子谱相比如何？

主要发现

• 对数似然比检验表明，戈斯根数据中无异常假设在3.8σ显著性水平下不成立。
• 在戈斯根反应堆实验的原发正电子能谱中观测到一个以5 MeV为中心的谱过剩。
• 该异常与此前在现代反应堆中微子实验中报告的5 MeV过剩一致，表明其为长期存在的特征。
• 在分析中应用的谱建模和不确定性处理下，该异常的统计证据具有稳健性。