江门中微子实验观测低阈值B8太阳中微子的潜力研究

JUNO will build a detector with 20kt liquild scitillator as the target, and the energy resolution can reach 3%/√E. As a result, JUNO has rich physics goals. Several chains of nuclear fusion in solar will emit large amount of electron neutrinos. The solar neutrino can be a direct way to study and modify the standard solar model. JUNO center detector will be the largest liquid scitillator detector in the world, which enlarge the ability to detect the solar neutrinos. Especially for B8 solar neutrino, the threshold can be set to 2 MeV, which is lower than the 3 MeV threshold in Borexino. What's more, with larger targert, the statistics will be 70 times larger than Borexino. With large statistics and low threshold of B8 solar neutrino, we can do a more precise measurement of the upturn from matter oscilaltion in high energy range to vacuum oscillation in low energy range, also the possible new physics. In addition, we can independently measure the oscillation parameter ∆m_21^2 to test the tension between reactor antineutrino measurement and solar neutrino measurement.

江门中微子实验将建造一个两万吨的液体闪烁体探测器，能量分辨达到3%/√E, 使得江门中微子实验有丰富的物理目标。太阳里面核聚变过程的多个反应道会产生大量的电子型中微子，通过中微子探测器观测太阳释放的中微子，有助于研究和完善现有的标准太阳模型，以及研究中微子振荡性质。江门实验的中心探测器将是世界上最大的低本底液闪探测器，可以极大的提高观测太阳中微子的能力，尤其是对于B8太阳中微子，观测能量的阈值相比Borexino的3MeV可降低至2MeV，统计量也将是Borexino的近70倍。拥有低能量阈值且大统计量的B8太阳中微子，使得我们对太阳中微子的高能物质振荡到低能真空振荡后存活几率的上升趋势有更精确的研究，也为探索新物理提供一种可能; 同时可以利用太阳中微子独立测量中微子振荡参数∆m^2_21, 解开太阳中微子和反应堆中微子在测量∆m^2_21上存在的轻微差异之谜。

江门中微子实验将建造一个两万吨的低本底液体闪烁体探测器，对于观测低能量阈值且大统计量的B8太阳中微子有很大潜力。本项目通过仔细研究天然放射性和宇宙线长寿命同位素本底的特征，制定出最优的反符合策略，可将中微子和液闪中的电子发生弹性散射（ES）的观测能量阈值相比Borexino的3MeV可降低至前所未有的2MeV，10年可捕获近6万个ES信号，而本底约3万。随着观测阈值的降低，太阳中微子的高能物质振荡到低能真空振荡后的存活几率的上升趋势可在2σ置信度下排除平的直线假设。利用这一样本，江门实验观测太阳中微子日夜效应的误差可达0.9%，优于目前国际上最好的Super-K结果1.1%。同时，可基于同一探测器利用反应堆中微子和太阳中微子独立测量振荡参数Δm^2_21，对目前国际上太阳中微子和反应堆中微子在测量Δm^2_21的差异 (4.8e-5eV2和7.5e-5eV2）的鉴别能力可达2σ。除此之外，江门中微子实验有两万吨的液闪，里面含有近0.2t的天然C13，使得江门实验可在国际上首次测量到太阳中微子在C13核素上的带电流（CC）和中性流（NC）相互作用，十年可捕获647个CC道信号和738个NC道信号。利用中微子三个反应道（ES,NC,CC）的截面不同，可模型无关的测量B8太阳中微子流强、振荡参数sin^2θ12和Δm^2_21，测量精度可达5%，8%，20%。联合SNO的B8太阳中微子流强测量精度4%，可获得世界上最好的B8太阳中微子流强精度3%。