大亚湾二期中微子实验物理目标以及探测能力优化的研究

This project is devoted to study several important topics on the physical potentials and optimization of the detector sensitivity for the planned Daya Bay II (Jiang Men) neutrino program which includes the following issues: (1) Study on new methods to extract and characterize the sensitivity of the neutrino mass hierarchy (MH) in the proposed experiment. We want to find possible improvements on the MH sensitivity studies within the least-squares method and the Fourier transformation method; (2) Study on the effects of detector systematic uncertainties in the neutrino MH observation. We are going to estimate the influence of detector resolution, detector energy non-linear response, reactor spatial distribution and shape uncertainties of the neutrino flux in the sensitivity simulation; (3) Study on the precision of neutrino oscillation parameters and constraints on the New Physics effects in the detector optimization study. We want to study the projected precision on each oscillation parameter and estimate the size of unitarity violation effects in the leptonic sector. We are also planning to constrain some other New Physics effects including neutrino non-standard interactions using this precision neutrino detector; (4) Study on the detector abilities to observe neutrino events from the supernova burst source, the supernova relic background and decay chains of radioactive souces inside the Earth. Based on detailed estimates on the rates, spectra and uncertainties of different neutrino background events in the relevant energy regions, we want to study the capabilities of the proposed neutrino detector in detecting the neutrinos from astro-physicical sources and the source inside the Earth.

本项目旨在研究大亚湾二期（江门）中微子实验项目的物理目标以及探测能力优化方面的若干重要问题。主要内容包括：（1）中微子质量顺序实验分辨率的提取和表征方法。我们拟研究利用最小卡方函数方法和傅里叶变换方法提取中微子质量顺序分辨率的新途径；（2）影响质量顺序分辨能力的探测器技术参数的研究。我们拟研究探测器的能量分辨率、非线性响应函数、反应堆的分布以及反应堆中微子谱形误差等因素对质量顺序分辨率的影响；（3）振荡参数的测量精度和新物理效应限制能力的研究。我们拟研究探测器对于中微子振荡参数的测量精度以及其对轻子幺正性破坏和非标准相互作用等新物理效应的限制能力；（4）超新星爆发中微子、超新星背景中微子以及地球中微子探测能力的研究。通过系统研究相关能量区域的中微子背景及其误差，我们拟研究探测器对于超新星来源的中微子和地球内部产生中微子的探测能力。

江门中微子实验(大亚湾二期)是以测量中微子质量顺序为首要目标的多目标的地下中微子望远镜。本项目以探索实验的物理目标和优化实验的探测能力为目的，系统研究了中微子质量顺序实验分辨率的提取和表征方法以及影响质量顺序分辨能力的探测器技术参数，研究了振荡参数的测量精度和新物理效应限制能力，并进行了超新星中微子和地球中微子探测能力的研究。这些方面的研究成果系统地总结在188页的江门中微子实验物理黄皮书<Neutrino Physics with JUNO>。本项目在江门中微子实验的反应堆中微子、超新星中微子、地球中微子、新物理效应等方面发表了6篇学术论文。此外，我们还积极拓展研究领域，在轻惰性中微子、宇宙背景中微子探测、中微子的物质效应等中微子唯象学方面发表了6篇学术论文。这些研究对于江门中微子实验的设计和建设具有重要的指导意义。