[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究利用来自同一韩比特核电站的2,509天RENO近端探测器数据和180天NEOS数据，开展了一项近乎反应堆模型无关的惰性中微子振荡搜索。通过将NEOS的瞬时能谱与基于RENO测量推导出的无振荡预测进行比较，该分析在95%置信水平下排除了$0.1 < |\Delta m_{41}^2| < 7$ eV$^2$的区域，并在68%置信水平下找到最佳拟合点为$|\Delta m_{41}^2| = 2.41$ eV$^2$，$\sin^2 2\theta_{14} = 0.08$，p值为8.2%。

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.

研究动机与目标

• 在减少模型依赖性的前提下，于反应堆中微子实验中搜索惰性中微子振荡。
• 通过使用同一核电站的探测器，抑制与反应堆相关的系统误差。
• 通过RENO与NEOS数据的能谱比较，探测电子反中微子向惰性态的消失振荡。
• 利用独立的反应堆数据，改进对(3+1)中微子混合模型的约束。

提出的方法

• 使用来自韩比特核电站的2,509天RENO近端探测器数据和180天NEOS数据。
• 将NEOS的瞬时能谱与基于RENO测量推导出的无振荡预测进行比较，避免依赖反应堆模型能谱。
• 采用加权通量基线长度419 m（RENO）和24 m（NEOS）以探测中微子振荡。
• 通过比较RENO、NEOS与Daya Bay的能谱形状，评估反应堆反中微子能谱的一致性。
• 使用蒙特卡罗模拟评估结果的显著性与一致性。
• 校正裂变份额差异，并在能谱外推中应用Zyla等人（2020年）的全球最佳拟合三中微子振荡参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用RENO和NEOS数据开展近乎反应堆模型无关的惰性中微子振荡搜索？
• RQ2 惰性中微子参数$|\Delta m_{41}^2|$与$\sin^2 2\theta_{14}$的排除区域范围有多大？
• RQ3 RENO、NEOS与Daya Bay测量的反应堆反中微子能谱一致性如何？
• RQ4 NEOS能谱是否表现出与(3+1)中微子振荡预期一致的能谱调制，且在系统误差范围内？
• RQ5 三个实验之间观测到的能谱差异的显著性如何？

主要发现

• 在95%置信水平下，建立了惰性中微子振荡的排除区域，范围为$0.1 < |\Delta m_{41}^2| < 7$ eV$^2$。
• 最佳拟合参数为$|\Delta m_{41}^2| = 2.41$ eV$^2$，$\sin^2 2\theta_{14} = 0.08$，p值为8.2%。
• RENO与NEOS能谱比较显示，与反应堆相关的系统误差仅为0.04%，显著降低了模型依赖性。
• NEOS能谱显示出与(3+1)振荡预期相似的微弱能谱调制，但处于系统误差范围内。
• RENO、NEOS与Daya Bay能谱的比较显示，在系统误差范围内总体一致，其中RENO与Daya Bay之间的差异最小。
• 更新后的Daya Bay 2021年能谱与RENO相比无能量标度偏移，与早期的Daya Bay 2017年能谱不同。