利用高海拔宇宙线观测站LHAASO探测超新星中微⼦

A tremendous number of neutrinos are released by the core-collapse supernova. Detection of supernova neutrino is important for many research areas, including particle physics, astrophysics, nuclear physics and cosmology. Antineutrinos could be detected through positron signals from the inverse beta decay (IBD) interactions between antineutrinos and water. The MD and WCDA of LHAASO contain 51 kton and 300 kton water respectively, which provide excellent targets for antineutrino detection. The MD and WCDA detectors have been designed to have a scattered layout as well as spatial uniformity. Taking advantage of these unique detector characteristics, this proposal will design a trigger system at LHAASO for detecting supernova neutrino burst, by optimizing the online trigger, data acquisition and offline data analysis. The goal of this system is to effectively suppress the cosmic ray background, optimize the neutrino detection sensitivity, and realize the supernova neutrino detection at LHAASO. This will eventually help LHAASO join the SuperNova Early Warning System (SNEWS).

核塌缩式超新星会释放大量的中微子，探测超新星中微⼦对粒⼦物理、天体物理、核物理、以及宇宙学都具有重要意义。通过中微子与水的反贝塔衰变（IBD）过程产生的正电子信号，是实现超新星中微子探测的有效方法。高海拔宇宙线观测站（LHAASO）的缪子探测器（MD）和水切伦科夫探测器（WCDA）的水量分别为51kton和300kton，靶质量巨大，是很好的中微子探测器。本项目将利用LHAASO实验MD和WCDA分散布局和空间均匀性的特点，从LHAASO探测器的触发系统、在线数据获取系统以及离线数据分析等几个方面，设计超新星中微子事例的触发系统，压制宇宙线背景信号，优化中微子探测灵敏度，提高探测效率，实现利用LHAASO实验进行超新星中微子探测，并争取加入联⽹国际超新星预警系统（SNEWS）。

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)位于中国四川省稻城，海拔4410米，利用混合技术探测宇宙射线。LHAASO可以通过探测中微子与水的反贝塔衰变（IBD）过程产生的正电子信号，实现超新星中微子的探测。本项目利用LHAASO实验MD分散布局和空间均匀性的特点，在数据采集系统中设计了一个专用的超新星触发系统，从光电倍增器计数率在暗噪声之上的跃升，观察大量MeV级超新星中微子爆发。项目利用探测器模拟程序，模拟产生来自中微子信号事例，同时结合LHAASO 的运行数据，研究数据采集，监测阵列稳定运行。对模拟数据和已有的实验数据进行全面系统比较，开发新的FPGA程序用于协助触发超新星中微子，开发了超新星触发系统。该系统应有效抑制宇宙射线背景，优化中微子探测灵敏度。本项目还进行了LHAASO单粒子触发模式的模拟研究，结果为LHAASO-KM2A实验中进行单粒子模式的数据触发提供了具体方案,为后续的实验数据分析提供了信息。