大亚湾反应堆中微子实验的通用能谱测量

The Daya Bay Reactor Neutrino Experiment announced their first physics result in 2012: a large neutrino mixing angle theta_13 was discovered. Beyond the physics goal of the experiment of measuring the mixing angle theta_13, there are other important research topics, one among them is using the presicely measured neutrino spectrum by Daya Bay to do general reactor neutrino spectrum prediction. The recent data analysis of Daya Bay indicates that the traditional reactor neutrino spectrum prediction which based on indirect measurement might have some issues. In this research project, we will give a generic neutrino spectrum based on the direct measurement from Daya Bay, as well as the application of the generic spectrum in general reactor neutrino prediction, and the compete uncertainty analysis. The result will not only give the first generic neutrino spectrum based on direct measurement, it will also provide new data and method of the neutrino spectrum prediction with high precision for other reactor neutrino experiments, such as the upcoming JUNO experiment in China and experiments searching for sterile neutrinos, and largely reduce the systematic uncertainty for neutrino spectrum prediction.

大亚湾中微子实验在2012年发表首个实验结果, 测量到大的中微子振荡混合角theta_13并取得了较大的国际影响。在大亚湾实验物理目标混合角theta_13的测量之外, 还有一系列重要物理课题, 利用大亚湾探测器精确测量的反应堆中微子能谱进行一般的反应堆中微子能谱的预测, 就是其中一个重要的物理课题。大亚湾实验最近的数据分析表明，传统的基于间接测量的预期能谱计算方法可能存在问题。在本项目中，我们将使用大亚湾直接精确测量的中微子能谱数据, 分析得到一个通用的基本中微子能谱, 并给出使用该能谱进行反应堆中微子能谱预测的计算方法和完整的误差分析。这不仅将第一次给出基于直接测量的中微子通用能谱, 更重要的是能为其他反应堆中微子实验, 例如国内即将进行的江门中微子实验(JUNO)以及寻找惰性中微子实验等反应堆实验, 提供计算预测中微子能谱的有效通用的数据和方法，并大大减小能谱预测的系统误差。

本研究课题依托于大亚湾反应堆中微子实验，是大亚湾实验的重要物理结果之一。在上世纪80年代法国ILL实验测量了反应堆核燃料裂变的中微子能谱，此后全世界各个反应堆中微子实验用都用该测量模型进行中微子能谱预期。大亚湾实验近点探测器可以对反应堆中微子能谱进行精确测量，经过分析后的通用中微子能谱可以用来进行反应堆中微子能谱预期和反应堆中微子能谱物理研究。. 主要研究内容是利用大亚湾反应堆中微子实验近点探测器探测到的数据进行物理分析，使之成为其他实验可以使用的通用中微子能谱。大亚湾实验共有六个反应堆，四个近点探测器。近点探测器的数据在进行刻度、重建等物理分析后可以得到绝对测量的中微子能谱，然而该能谱不具有一般性。该研究对近点探测能谱中包含的大亚湾实验探测器效率、反应堆裂核素裂变成分、基线长度等大亚湾实验专有的因素进行研究，合并归一化能谱并尽可能去除专有因素，使之成为具有通用性的、可供其他实验和研究使用的一般能谱。. 该研究的主要结果是得到了通用的反应堆中微子能谱以及其对应的平均等效裂变份额，作为大亚湾实验的一个重要物理结果在2016年被发表在PRL上。随着实验的进行，大亚湾实验在2017年发表了更新的结果，该研究的更新能谱也包含其中。这两篇文章受到中微子实验和核物理实验同行的关注，并成为SCI高被引用文章。. 该通用中微子能谱及其误差、对应裂变份额包含在发表文章的附件当中，其他反应堆物理实验可以查阅数据并用来进行反应堆中微子能谱的预期。正在进行的江门中微子实验(JUNO)就在利用该能谱进行实验能谱预期的研究, 并预计能够很大降低能谱预期的系统误差。此外，该中微子能谱也为近年来发现的反应堆中微子能谱在4~6MeV能区事例数反常超出的研究以及惰性中微子的研究提供了参考的数据和研究窗口。