JUNO实验中心探测器关键性能的模拟研究

JUNO(Jiangmen Underground Neutrino Observatory) experiment was proposed to construct a large liquid scintillator central detector with 20k ton fiducial mass. The primary physical goal of JUNO experiment is to determine the neutrino mass hierarchy(MH) and probe the fundamental properties of the neutrino oscillation. The JUNO central detector is required to be with 3%@1MeV energy resolution and very low radioactivity background, which is a big challenge to the detector design. In order to ensure the detector performance can meet the physics requirements, reliable detector simulation is necessary to provide useful information for detector design, including detector structure, impurity of detector materials, requirements on PMT and liquid scintillator optical parameters. The detector simulation study can only draw right conclusion with the implementation of accurate event generators, detector geometry, optical models, vertex reconstruction, and energy reconstruction algorithms.

江门中微子实验(JUNO)将建设一个有效质量为2万吨的液体闪烁体(液闪)中心探测器，其首要物理目标是通过精确测量反应堆中微子的能谱来确定中微子质量顺序以及精确测量中微子的振荡参数。中心探测器的能量分辨率要求达到前所未有的3%水平，同时要求探测器处于极低的天然放射性本底环境，这就对探测器的设计提出了很高的要求。在探测器设计阶段，可靠的探测器模拟能对探测器设计的方方面面提供指导性的意见，对探测器屏蔽层厚度、探测器各种材料的洁净度、光电倍增管和液闪关键性能参数提出具体的要求，从而保证探测器性能指标满足各项物理研究的要求。针对中心探测器设计的模拟研究，要求具备精确的事例产生子、构建精细的探测器几何、完善的光学模型、以及顶点重建和能量重建算法，才能得出正确的结论。

江门中微子实验(JUNO)将建设一个有效质量为2万吨的液体闪烁体(液闪)中心探测器，其首要物理目标是通过精确测量反应堆中微子的能谱来确定中微子质量顺序以及精确测量中微子的振荡参数。中心探测器的能量分辨率要求达到前所未有的3%@1MeV水平，同时要求探测器处于极低的天然放射性本底环境，这就对探测器的设计提出了很高的要求。在探测器设计阶段，可靠的探测器模拟能对探测器设计的方方面面提供指导性的意见，对探测器结构设计、探测器各种材料的洁净度、光电倍增管和液闪关键性能参数提出具体的要求，从而保证探测器性能指标满足各项物理研究的要求。针对中心探测器设计的模拟研究，要求具备精确的事例产生子、构建精细的探测器几何、完善的光学模型、以及顶点重建和能量重建算法，才能得出正确的结论。.该项目的研究工作为江门中微子实验开发了完整的探测器模拟软件，包括事例产生子、探测器几何描述、PMT光学模型、液闪光学模型、MC Truth信息、缪子快速模拟等等，该模拟软件已经被JUNO合作组成员广泛使用，软件稳定运行，产生大批模拟样本供合作组使用，用于重建算法调试、刻度策略研究和物理分析。.基于探测器模拟软件，完成了中心探测器方案设计，确定了最终的探测器尺寸，探测器材料的放射性指标，并根据模拟结果估计探测器有效体积以及有效体积内的本底水平。.液闪光学模型的研究和应用，为江门中微子实验确定了液闪的最优配方。能量分辨率的研究，使得我们更加充分的理解了各项参数对能量分辨率的影响，并在此基础上确定PMT的招标参数指标。.综上所述，该项目的研究工作为江门中微子实验的建设作出重大贡献，并为后续的物理分析打下坚实的基础。