反应堆几何效应对超短基线反应堆中微子实验中微子流强的影响

在超短基线反应堆中微子实验中,探测器与反应堆的距离较短,反应堆的几何效应对中微子能谱和中微子流强的影响可能无法忽略,需要对其影响进行评估。本文根据EPR(European Pressurized Reactor)堆芯的结构建立反应堆中微子源模型和点中微子源模型,研究了超短基线反应堆中微子实验中反应堆尺寸对中微子能谱和流强的影响,讨论了堆芯内功率误差分布对点源模型下预期中微子流强的影响。研究结果表明,由于反应堆的几何效应,使用点源模型会使预期中微子事例率低约0.08%~0.40%,堆芯的几何效应对中微子能谱的形状影响则在10-6量级。在超短基线反应堆中微子实验中,计算中微子流强时可以采用基于堆芯几何中心的点中微子源模型,在这种模型下,由统计误差和系统误差引入的误差可以忽略不计。

无中微子双贝塔衰变:新物理探索和宇宙学观测

近二十多年来,太阳、大气、反应堆和加速器的中微子振荡实验提供了大量确凿的证据表明中微子有质量。然而,粒子物理学标准模型却预言中微子质量为零。这意味着中微子质量的产生必然要求引入超出标准模型的新物理。文章将介绍无中微子双贝塔衰变对新物理探索和宇宙学观测的重要影响,尤其是该稀有衰变过程的实验观测在突破粒子物理学和宇宙学标准模型的前沿研究中扮演的独一无二的角色。

无中微子双贝塔衰变实验发展沿革与未来展望

无中微子双贝塔衰变是一种重要的超出标准模型的新物理。在数十年理论和实验的发展与探索的基础上,人们对其可能的物理机制以及实验的技术需求已有较为深刻的理解。国际上有多个实验组通过不同的探测器技术尝试寻找无中微子双贝塔衰变事件,并对半衰期下限给出了1026年量级的限制。目前各实验组正在积极进行下一代实验装置的预研和建设,致力于将半衰期灵敏度提高到1027年以上。中国正依托锦屏地下实验室国际领先的实验环境,开发多个不同路线的探测技术。文章将概述国际上主要的大型无中微子双贝塔衰变实验的现状,并展示在锦屏地下实验室中探索这一前沿物理领域的前景以及基于不同探测器技术的实验方案。

利用高能中微子探索宇宙线起源之谜

一、引言早在1912年,科学家就观测到了宇宙线,其主要成分是质子(约90%)和氦核(约9%)的高能微观粒子。迄今为止,观测到的宇宙射线中最高能量接近3×1020电子伏特,约等于48焦耳,相当于一颗时速150千米的网球的动能。一个直径远远小于原子的微观粒子被加速到如此惊人的宏观能量,比地球上最大的粒子加速器LHC所能产生的最高能量大7到8个量级。这让我们很自然地产生疑问:如此高能的宇宙线来自哪里?它们是怎么被加速到这么高能量的?

中微子振荡诱导放射性衰变研究

放射性元素的衰变率通常被认为是恒定不变的常数,但是近年来有关太阳中微子通量可能影响放射性元素衰变率的研究引起了人们的关注和争论。本文根据中微子振荡理论和放射性元素衰变模型,研究了中微子振荡的物质效应及所形成的有效势场对放射性原子的影响。结果表明,中微子振荡的物质效应(MSW)是中微子与介质核子的共振;该共振不同于单个粒子之间的碰撞反应,它是中微子与介质粒子之间通过势场耦合的集体行为;该共振在强烈影响中微子振荡,导致中微子味转换几率增强的同时,也会对介质原子产生影响,激发其中的不稳定放射性原子核,增大其衰变几率。同时,我们还证明,即使中微子不能与介质核子(包括其中的放射性核素)形成共振(MSW),只要中微子振荡能够形成稳定的周期性有效势场,也会对放射性原子的衰变率产生影响。最后,我们对放射性元素衰变率测量值的波动进行了解释,并讨论了中微子振荡诱导放射性衰变的重要意义。

中微子事件IC220624A候选射电对应体J1458+4121的VLBI观测研究

收集并分析了中微子发射事件IC-220624A的候选体J1458+4121仅有的几次甚大天线阵(VLA)的历史数据;在此基础上,利用甚长基线阵列(VLBA)对其进行首次VLBI观测,观测波段为L和C波段。通过数据处理和分析研究,得到J1458+4121 VLBA的射电辐射形态。此外,利用相位参考技术,还获得J1458+4121更精确的坐标(α=14:58:20.772, δ=41:21:01.911)。VLA观测的射电总流量强度在1.4~8.4 GHz范围内呈下降趋势,说明J1458+4121的射电能谱可能是幂律谱;而VLBA观测的射电总流量强度在1.5~5 GHz范围内呈上升趋势,意味着其射电能谱在GHz波段是反转谱。因此,J1458+4121极有可能是一个年轻射电源,其中微子产生可能是由于新喷流成分的出现。该结果有助于J1458+4121的后续研究,并将中微子起源的关注对象从明亮的耀变体扩展至其他类型的活动星系核。

基于塑料闪烁体阵列的反中微子探测器数据获取系统的设计

介绍了基于塑料闪烁体阵列的反中微子探测器数据获取系统的设计。针对目前实验室已经搭建的4×4、双端读出的塑料闪烁体阵列反中微子探测器,设计了一套完整的数据获取系统。触发固件功能基于CAEN V2495可编程逻辑单元(Programmable Logic Unit,PLU)实现,软件系统基于Qt平台搭建。该数据获取系统具有对前端电子学硬件参数的配置,数据获取并保存,并且具有完善的人机交互界面以及数据图像显示功能。

动力学暗能量与中微子质量

随着天文观测技术的不断发展,暗能量的测量已经达到很高的精度。然而,人们对暗能量的本质属性、描述暗能量演化过程的标准宇宙学模型、以及暗能量模型中相互影响的宇宙学参数背后的物理等问题都亟待进一步的探究。目前,与观测实验结果最符合的暗能量模型是宇宙学常数模型,其他宇宙学模型也并没有被观测所排除。因此,构建不同的暗能量模型,分析模型参数的演化行为非常重要。本文介绍了参数化形式不同的动力学暗能量对中微子质量的影响,首次分析了Barbosa-Alcaniz参数化和Jassal-Bagla-Padmanabhan参数化后的暗能量与中微子质量间的关系。本文联合了三种重要的测量宇宙距离–红移关系的天文观测手段,包括Ia型超新星观测、重子声学振荡观测、宇宙微波背景辐射观测,对中微子宇宙学模型进行整体拟合,分析中微子质量和其他宇宙学参数的限制结果。与一般的Chevallier-Polarski-Linder参数化模型中的结果相比,Barbosa-Alcaniz参数化模型可提供一个较大的中微子质量,Jassal-Bagla-Padmanabhan参数化模型提供的中微子质量较小。暗能量状态方程参数的不同形式影响中微子质量的大小。

基于塑料闪烁体阵列探测器的中微子事例重建方法

反中微子探测技术为反应堆监测提供了一种新的有效手段。面向核反应堆的监测,研究了基于塑料闪烁体阵列探测器的中微子事例重建方法。使用Geant4计算了中微子在探测器内的快慢信号能量和延迟时间窗。采用传统快慢信号能量结合时间窗进行中微子事例重建,其重建效率为97%。考虑到中微子事例的主要本底,以模拟的阵列探测器各单元响应作为输入变量,引入多变量分析方法,系统分析了反中微子探测器对事例和本底的响应。结果表明,该重建方法的中微子总重建效率为78.6%的同时,可以拒绝84%具有时间关联的快中子本底与72.4%偶然符合的γ本底。证明了多变量分析方法抑制反中微子探测器宇宙线本底的有效性。

科学家发现“最强中微子”

在6月18日于意大利米兰举行的2024年国际中微子会议上,中微子物理学家João Coelho透露,地中海在建的宇宙深渊天体粒子研究天文台(ARCA)可能发现了有史以来能量最高的中微子。ARCA是欧洲立方千米中微子望远镜(KM3NeT)项目的一部分。KM3NeT的主要目标是发现并持续观察宇宙中高能中微子的来源,测定中微子的质量等级.

江门中微子:探索宇宙奥秘的“金钥匙”

[导读]中微子是构成物质世界的基本粒子之一,被称为“幽灵粒子”,每秒都会有亿万个中微子穿过每个人的身体。它是宇宙中数量最多的基本粒子之一,在微观世界最基本的规律中起着重要作用,影响宇宙的起源和演化,但由于其与物质发生的反应极难被探测到,需要通过巨大的探测器对其进行研究。为了掌握中微子这把揭开宇宙起源和演化奥秘的“金钥匙”,在广东江门,一个位于地下700米的大科学装置——江门中微子实验装置的探测器正在进行最后的攻关建设。

万里敦煌道 引领射电波——记超大型中微子射电探测阵列实验(GRAND)发展过程

2019年的春天,万里敦煌道,三春雪未晴。月牙湖畔,莫高窟旁,千年古丝绸之路上,一群不同肤色和面孔的物理学家相聚一堂,瞄准射电探测中微子实验进行了数天的会议。随后他们驾车穿越薄雪覆盖的祁连山脉,深入戈壁,到达青海冷湖地区,在方圆几百里内勘探环境。这里渺无人烟,几乎没有人类活动的痕迹,被誉为地球上最像火星的地区。青藏高原绵延千里,在这里由西南往东北海拔逐渐降低。高耸的昆仑山脉和阿尔金山脉在这里和祁连山脉相对,将柴达木盆地环抱其中。正是这样的环境,将这些人吸引到这里。

反应堆中微子探测器技术在核安全领域应用前景综述

2023年11月,日本科学家发表论文称开发了一种基于反应堆中微子的算法,可远程估算美滨3号轻水堆运行状态、燃料燃耗和燃料成分。中微子是一种基本粒子,于1956年首次发现,其基本性质仍在探索中,相关实验研究至今仍是基础科学的重要前沿。核反应堆是中微子主要来源之一,探测反应堆中微子强度变化,可获取反应堆运行核心信息。

极高能中微子探测方法

中微子是构成物质世界的基本微观粒子之一,于1930年由著名物理学家沃尔夫冈•泡利提出。中微子具有微小但非零的质量,不带电,和物质相互作用很弱,在宇宙空间中沿直线传播,可以轻易穿透天体乃至整个宇宙,因此是回溯天体起源、揭示天体内部性质的重要信使。当下,中微子是物理学和天文学领域的热门课题。一、极高能中微子本文我们将瞄准极高能中微子探测进行解读。极高能中微子--能量从百PeV(1PeV=1015eV)至百EeV(1EeV=1018eV),它们的产生很可能与宇宙线起源这一持续了超过一百年的重要科学问题密切相关。不同实验测得到的极高能宇宙线能谱,在高能段出现了有趣的“膝”结构和“踝”结构。(如图1)

双参数化动力学暗能量对中微子质量的影响

中微子绝对质量的测量和暗能量本质属性的探究是宇宙学前沿的两个重要科学问题。中微子振荡现象表明中微子具有非零质量,KATRIN实验给出的最新结果mν=0.8 eV,宇宙学观测限制测出中微子质量总和的上限为∑mv≤0.1 eV。本文联合不同的主流观测数据,包括宇宙微波背景辐射数据、重子声学振荡数据以及Ia型超新星数据,探究两种双参数化动力学暗能量模型中中微子质量的拟合情况。这两种参数化分别为对数形式参数化和振荡形式参数化。相较于Chevallier-Polarski-Linder参数化,它们可以克服状态方程的演化发散问题(z→−1),成功探测暗能量在全宇宙中的演化。我们发现对数形式参数化和振荡形式参数化暗能量增大了中微子质量和的拟合值上限,且扩大限制宇宙学模型的观测数据样本可以压低中微子质量拟合值的上限。

中微子的探索

从中微子概念的提出、中微子的发现及中微子振荡等方面,回顾了对中微子的探索历程.着重叙述了1988年、1995年、2002年获得诺贝尔物理学奖的中微子研究成果及我国大亚湾中微子实验的重大成就,并扼要介绍了未来的中微子研究方向.

中微子实验的过去、现在与未来——2015年诺贝尔物理学奖解读

中微子是目前粒子物理、核物理、地球物理与天体物理及宇宙学研究中的一个交叉热门研究方向.2015年10月6日,瑞典皇家科学院宣布2015年诺贝尔物理学奖授予梶田隆章(Takaaki Kajita)和阿瑟·麦克唐纳(Arthur B.McDonald),以表彰他们在发现中微子振荡也就是中微子有质量上所作出的贡献.本文将从中微子物理发展历史角度介绍中微子实验的过去、当前状况及未来发展,尤其是通过侧重对中微子振荡实验的介绍来解读该奖项.最后,还介绍了国内目前正在开展与拟议建设的中微子实验.

MC法甄别固体阵列反中微子探测器IBD事件

针对分离式塑料闪烁体固体阵列反中微子探测器建立了光学模型,进行了精细化MC模拟。模拟结果与实验结果对比验证了模型的正确性。通过精细化MC模拟,对探测器阵列内IBD事件的能量响应和时间响应做了定量分析。根据阵列探测器分离式的结构特点,设置了多维度的甄别条件,计算了探测器阵列的IBD事件甄别效率为4.31%。此外还分析了甄别条件的抗本底能力,探讨了甄别缪子事件和快中子事件的方法,快中子剔除效率达到99.80%。

敲开新物理大门的中微子——2015年诺贝尔物理学奖介绍

2015年的诺贝尔物理学奖颁给了Takaaki Kajita(梶田隆章)和Arthur B.McD onald,他们在分别领导的大气和太阳中微子实验中发现了中微子振荡。这种现象表明中微子具有质量,相关实验结果是超出粒子物理标准模型的重大发现。通过介绍这些实验以及相关的物理,以期读者对中微子研究有较为全面的了解,并对物理的知识体系和研究方法有比较清楚的认识。

神秘的中微子

在广东江门,国家重大科技基础设施江门中微子实验装置正在紧张建设中。目前,位于地下700米的中心探测器有机玻璃球已经完成赤道层安装,预计2023年底完成整个探测器的建设,2024年开始运行取数。这是世界上最先进的中微子实验室,实验建造的中微子探测器将是世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。