大亚湾实验中微子振荡分析和江门实验事例能量测量的研究

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中微子振荡是当前唯一超出粒子物理标准模型的实验现象。在三代中微子模型中,描述振荡现象的参数包括三个混合角(θ12,θ23,θ13)、两个质量平方差(△m122,△m322)和一个CP破坏相角δ。对太阳中微子之谜和大气中微子异常的研究,证实了中微子振荡,并且对θ12、θ23、△m122和|△m322|进行了测量。2012年以前未知的振荡参数包括θ13的值、△m322的正负以及CP破坏相角的值。反应堆做为干净的电子反中微子源,可以提供大统计量的中微子事例,对前两个参数进行测量。大亚湾反应堆中微子实验通过测量反应堆释放的电子反中微子的消失几率,利用最初55天的数据在5.2σ的置信度下确定了θ13不为零,第一次观察到了第三种振荡模式。截止到2017年8月30日,大亚湾实验的取数时间达到1958天,近点探测器探测到大约350万电子反中微子事例,远点探测器探测到大约50万电子反中微子事例,是目前世界上最大统计量的反应堆中微子样本。本文从反应堆中微子事例的挑选出发,研究了随时间变化的缪子反符合效率、多重性挑选效率以及偶然符合本底,根据反应堆释放的中微子能谱,预期了探测器的快信号能谱,通过构造包含6+8+7AD三段时期数据的χ2函数给出了最新的sin2 2θ13和|△m322|的拟合结果,sin22θ13=0.0860±0.0023(stat)±0.0016(syst),正序假设下 △m322=[2.4648±0.0472(stat)±0.0507(syst)]× 10-3 eV2。测量精度分别达到了 3.4%和2.8%,其中统计误差占比大约分别为60%和50%,sin2 2θ13的测量精度继续保持世界领先水平,对|△m322|的测量精度与加速器中微子实验相当。江门实验利用不同质量平方差之间的干涉效应,预期6年取得10万反应堆中微子事例后,在3 的置信度下确定中微子的质量顺序。为了区分正反质量顺序对中微子能谱的影响,江门实验要求探测器的能量分辨率达到3%√E(MeV)。本文从能量重建出发,基于少量的刻度数据,开发了光学模型无关的能量重建算法,可以将探测器的非均匀性控制在±1%以内。本文还研究了聚光罩在江门实验中的应用,研究表明聚光罩可以弥补由于光电倍增管间距增加造成的光子损失,保证能量分辨率的统计项不会变差,同时可以在一定程度上减小探测器的残余非均匀性,从而降低能量分辨率的非统计项。本文最后对线性烷基苯的性质进行了研究,包括瑞利散射长度和部分热力学参数。本文设计实验对线性烷基苯的瑞利散射长度进行了绝对测量,在4π立体角的探测器中,瑞利散射长度对探测器的光电子产额有很大的影响,从而影响能量分辨率的统计项。测量结果表明室温下线性烷基苯在432 nm波长的瑞利散射长度为27.1±0.9(stat.)±1.7(syst.)m,液闪的透明度可以满足实验要求,有利于达到目标的能量分辨率。本文测量了线性烷基苯在室温下的热扩散率和等压比热容,利用热力学基本关系式以及以前的测量结果,推导得到了热传导率和声速,是液闪罐装以及刻度系统定位的重要参考数据。
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