[论文解读] JUNO Conceptual Design Report

Sisti, Monica|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2015

Neutrino Physics Research参考文献 2被引用 192

一句话总结

JUNO 概念设计报告提出在中国建设一个20,000吨的地下液态闪烁体探测器，通过测量两个附近核电厂产生的反应堆反中微子来确定中微子质量顺序。该探测器配备17,000个高量子效率光电倍增管和一个35米的聚丙烯酸树脂球体，能量分辨率在1 MeV时达到3%，并在六年内以3–4σ的置信度分辨质量顺序。

ABSTRACT

Plenary talk presented at the XXI International Workshop on Neutrino Telescopes - Padova 29 September - 3 October 2025 (https://agenda.infn.it/event/44606/) On behalf of the JUNO Collaboration

研究动机与目标

• 通过测量距离53公里的两座核电厂产生的反应堆反中微子，确定中微子质量顺序。
• 以优于1%的精度测量中微子振荡参数 sin²θ₁₂、Δm²₂₁ 和 |Δm²ₑₑ|。
• 开发一种大规模、高精度的液态闪烁体探测器，用于研究地球和地外中微子以及标准模型之外的新物理。
• 通过双 veto 系统和全体积校准实现最优背景抑制。
• 通过稳健的读出、控制和离线系统确保稳定、高效的DAQ（数据获取）。

提出的方法

• 在700米厚花岗岩覆盖下的地下大厅部署一个20,000吨的液态闪烁体探测器。
• 使用直径35米的聚丙烯酸树脂球体容纳闪烁体，并安置17,000个508毫米的光电倍增管，光学覆盖率达约75%。
• 采用线性烷基苯（LAB）作为溶剂，PPO作为荧光体，Bis-MSB作为波长位移剂。
• 实现每MeV超过1,100个光电子，1 MeV能量分辨率优于3%，从而实现高精度能量测量。
• 采用多放射性核素源组成的综合校准系统，覆盖全能量范围，并确保全体积位置敏感性。
• 集成水契伦科夫探测器和顶点追踪系统，用于探测μ子并抑制μ子诱导的本底。

实验结果

研究问题

• RQ1 JUNO 探测器是否能在六年内以3–4σ的显著性分辨中微子质量顺序？
• RQ2 在测量中微子振荡参数 sin²θ₁₂、Δm²₂₁ 和 |Δm²ₑₑ| 时，可达到何种精度？
• RQ3 使用高光电子产额的液态闪烁体，探测器是否能实现1 MeV能量分辨率3%？
• RQ4 校准系统在多大程度上能确保探测器全体积内能量响应和位置重建的一致性？
• RQ5 该veto系统在多大程度上能有效减少μ子诱导的本底？

主要发现

• JUNO 探测器可在六年的数据采集期内以3–4σ的置信度分辨中微子质量顺序。
• 能量分辨率预计在1 MeV时达到3%，每MeV探测到的光电子数超过1,100个。
• 中微子振荡参数 sin²θ₁₂、Δm²₂₁ 和 |Δm²ₑₑ| 的测量精度可优于1%。
• 通过使用17,000个高量子效率光电倍增管，探测器实现了约75%的光学覆盖。
• 校准系统设计用于通过多放射性核素源实现全体积位置覆盖和能量响应均匀性。
• veto系统（包括水契伦科夫探测器和顶点追踪系统）可有效探测μ子并实现背景抑制。