大亚湾反应堆反中微子反常现象的研究

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中微子振荡的实验发现表明中微子有质量,意味着标准模型还不完善,或者存在超出标准模型的新物理。因此,中微子振荡的精确测量研究对于揭示中微子的本质与属性具有重大的意义。反应堆裂变反应产生的高流强反电子中微子是测量中微子振荡属性的理想来源,但是反应堆反电子中微子在短基线区域的流强测量,与目前反应堆核裂变模型加上三代中微子振荡理论模型共同给出的预期相比存在反常的缺失,这就是“反应堆反中微子反常”现象。本论文利用距离反应堆300-500米的大亚湾反应堆中微子实验近点探测数据对反应堆反电子中微子流强与能谱进行高精度的绝对测量,并且对反应堆反中微子反常现象进行研究。论文的主要工作包括以下三个方面:1)分析了大亚湾反应堆中微子实验近点探测器1230天的数据,通过选择来自反应堆反电子中微子反贝塔衰变过程产生的正电子快信号与延迟中子核俘获的慢信号,成功得到了超过两百万个反应堆反电子中微子信号事例。利用镅-铍源和镅-碳源产生的不同能量中子在探测器内独立重构了慢信号事例,研究了中子在实验中被不同核素俘获的概率与能量的关联性,并基于此精确模拟了中子在探测器物质中的输运和中子核俘获退激发过程,改善了模拟与数据的一致性,使得对中微子探测绝对效率的系统误差减小了40%,进而提高了对反电子中微子流强测量的精度。2)精确测量了在大亚湾近点探测器中的反电子中微子流强,与反应堆核物理模型的理论预期进行了比较,实验与理论的比值为R=0.952±0.014(exp.)±0.023(theo.),实验精度超过了理论模型的误差,并确认了大亚湾反应堆实验与其他短基线反应堆实验同样存在与反应堆核裂变模型加上三代中微子振荡模型共同预期不符的缺失现象。进一步地,结合对反电子中微子流强与反应堆燃料裂变周期关联性的测量,从惰性中微子和裂变核素中微子产额两个方面研究了导致该缺失的可能原因。3)精确测量了大亚湾反应堆反电子中微子能谱,在5-7MeV区间观测到不同于反应堆模型理论预期的结构,并且通过测量反应堆反电子中微子能谱随反应堆燃料裂变周期的关联情况,排除了由单一裂变核素(铀-235或钚-239)引起该反常结构的假设。
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