Подробнее об эксперименте Daya Bay
Текущий статус эксперимента
Открытие ненулевого угла смешивания θ13
Сроки проведения эксперимента
2011 - 2017
Сайт группы и/или проекта
http://dayabay.ihep.ac.cn/twiki/bin/view/Public/
Ссылки на публикации
Сравнение детекторов:
http://inspirehep.net/record/1090921
Анализ (поток):
http://inspirehep.net/record/1093266
http://inspirehep.net/record/1192924
Анализ (спектр):
http://inspirehep.net/record/1192924
Proposal:
http://inspirehep.net/record/742379
Контакты руководителей
Наумов Дмитрий (dnaumov@jinr.ru)
Гончар Максим (gmaxfl@gmail.com)
Описание эксперимента
Эксперимент Daya Bay проводится на юго-востоке Китая рядом с одноимённой атомной электростанцией и предназначен для высокоточного измерения угла смешивания нейтрино θ13.
С нейтрино связан очень интересный эффект - эффект нейтринных осцилляций, который заключается в том, что нейтрино определённого типа могут в процессе распространения от источника к детектору изменить свой тип, вероятность перехода от одного типа к другому имеет осцилляционную форму по переменной L/E, где L - расстоянием между источником и детектором, а E -энергия антинейтрино.
Атомные реакторы являются очень мощными источниками электронных антинейтрино с энергиями до ~10 МэВ. Реакторные электронные антинейтрино при распространении превращаются в мюонные и тау нейтрино, которые, в силу невысокой энергии не могут быть детектированы. Следовательно, основная цель эксперимента - обнаружить недостаток в потоке электронных антинейтрино, который не может быть объяснён законом обратных квадратов. Расстояние, на котором ожидается максимум эффекта зависит от уже известных параметров осцилляций (разница квадратов масс нейтрино Δm132) - около 1.5 км, а величина недостатка потока пропорциональна sin2 2θ13.
Эксперимент детектирует электронные антинейтрино посредством наблюдения реакции обратного бета-распада в жидком сцинтиллятовуре с добавлением гадолиния: νe + p -> e++ + n. Антинейтрино, взаимодействуя со свободным протоном (ядро водорода), порождает позитрон и нейтрон. Позитрон вызывает свечение сцинтиллятора. Нейтрон в течении к среднем 25 мкс теряет энергию и захватывается на гадолинии, который был добавлен из-за очень большого сечения захвата нейтронов. Ядро гадолиния после захвата высвобождает 8 МэВ энергии, испуская несколько гамма квантов. Таким образом сигнатура события - это две вспышки, произошедшие с интервалом до 250 мкс (в среднем 25 мкс), причём вторая вспышка имеет энергию 8 МэВ.
В эксперименте используется 8 антинейтринных детекторов с общей массой мишени 160 тонн. Из 8-и детекторов, 4 расположены на небольшом расстоянии от 6-и атомных реакторов. Поскольку вероятность перехода на небольшом расстоянии пренебрежительно мала, эти детекторы позволяют измерить полный поток антинейтрино. Другие 4 детектора, которые расположены в среднем на расстоянии 1.7 км от всех реакторов, измеряют поток электронных антинейтрино, уменьшенный за счёт перехода в антинейтрино других типов.
В эксперименте Daya Bay в 2012-м году было впервые обнаружено, что значение θ13 не равно нулю с уровнем статистической значимости более 5-и стандартных отклонений. После набора дополнительной статистики значение было уточнено sin2 2θ13. Таким образом на сегодняшний день получил следующие результаты:
- С нилучшей точностью измерено значение угла смешивания нейтрино θ13;
- Измерено значение разницы квадратов масс Δm132.
В данное время в коллаборации идёт работа над обновлением результатов на основе данных со всех 8-и детекторов (ранее было использовано только 6). Кроме того проходят следующие исследования:
- поиск стерильных нейтрино;
- осцилляционный анализ, основанный на данных, где нейтрон захватывается на водороде, а не на гадолинии;
- измерение полного потока антинейтрино от реактора;
- измерение спектра антинейтрино от реактора;
- использование детекторов Daya Bay для детектирования вспышек сверхновых.
Набор данных эксперимент одобрен до 2017-и года, за это время будет накоплена огромная статистика по взаимодействиям электронных антинейтрино. В результате работы будут с наилучшей точностью измерены sin2 2θ13 и Δm132. Кроме того производится поиск дополнительных задач, которые могут быть исследованы на основе данных эксперимента.
В последнее время коллаборация так-же занимается планированием нового эксперимента JUNO, целью которого будет определение иерархии масс нейтрино на основе данных о спектре реакторных электронных антинейтрино. Более просто задачу можно сформулировать как высокоточное измерение разницы квадратов
масс нейтрино Δm132.Поскольку эксперимент будет детектировать реакторные электронные антинейтрино, методы и технологии, которые будут использованы, очень сильно пересекаются с методами и технологиями, используемыми в эксперименте Daya Bay. Будет использован большой жидкосцинтилляторный детектор с массой жидкого сцинтиллятора 20 килотонн на расстоянии 52 км от реакторов. Эксперимент будет проводиться на юге Китая в провинции Guangdong с 2020-го по 2026 г.