大亚湾核反应堆中微子实验

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　　 （本文根据 CC-BY-SA 协议转载自原搜狗科学百科对英文维基百科的翻译）

　　 大亚湾核反应堆中微子实验总部设在中国，是一个研究中微子的跨国粒子物理项目。此跨国合作包括来自智利、美国、俄罗斯、捷克共和国及中国大陆和台湾地区的研究人员。该项目的美方资金由美国能源部高能物理办公室资助。

　　 大亚湾核反应堆中微子实验位于大亚湾，在香港东北方向约 52 公里，深圳以东约 42 公里。其在香港的香港仔隧道粒子物理实验室还有一个附属项目。香港仔实验室用来测量可能会影响大亚湾核反应堆中微子实验的由宇宙射线缪子产生的中子。

　　 大亚湾核反应堆中微子实验由八个反中微子探测器组成，它们分布在距六个核反应堆 1.9km (1.2 mi)范围内的三个位置。每个探测器含有被光电倍增管和防护层包围的 20 吨液体闪烁计数器(掺杂钆的直链烷基苯)。[1]

　　 中国开平市正在开发一个更大的后续项目—江门地下中微子天文台(JUNO)，[2]它将使用填充了 20000 吨液体闪烁器的丙烯酸玻璃球体来探测核反应堆里的反中微子。江门地下中微子天文台已于 2015 年 1 月破土动工，预计将在 2020 年投入运营。[3]

1. 中微子振荡

　　 该实验主要研究中微子振荡，旨在利用大亚湾核电站和岭澳核电站反应堆产生的反中微子来测量交叉混合角 θ13。除此之外，科学家们也对中微子是否违反 Charge-Parity 守恒感兴趣。

　　 在 2012 年 3 月 8 号，大亚湾合作组宣布了[4][5][6]一个偏差为 5.2σ的新发现：$\theta_{13} \neq 0$，且 $$\sin^2(2 \theta_{13}) = 0.092 \pm 0.016 \\, (\text{stat}) \pm 0.005 \\, (\text{syst})~$$ 这一重要结果代表了一种新的出乎意料大的振荡类型。[7]这与早期由 T2K、米诺斯（MINOS）和双周（Double Chooz）实验得出的不明显结果是一致的。当 $\theta_{13}$ 拥有如此大的值，NOνA 实验对中微子质量等级敏感的概率约为 50%。这些实验也许可以用来探明中微子之间的电荷宇称破坏。

　　 大亚湾合作组于 2014 年发布了新的数据分析，[8]它使用能谱来改善交叉混合角的界限： $$\sin^2(2 \theta_{13}) = 0.090^{+0.008}_{-0.009}~$$ 另一个测量氛围获得的中子的独立实验结果也发表了：[9] $$\sin^2(2 \theta_{13}) = 0.083 \pm 0.018~$$ 大亚湾实验已经利用它的数据搜索到了一个轻型惰性中微子的信号，因此排除了一些以前未被探测到的中微子质量范围。[10]

　　 在 2015 年莫里蒙德（Moriond）物理会议上，新的交叉混合角和质量差的最佳拟合结果被提出：[11] $$\sin^2(2 \theta_{13}) = 0.084 \pm 0.005, \quad \left| \Delta m^2_{ee} \right| = 2.44^{+0.10}_{-0.11} \times 10^{-3} \text{eV}^2~$$

2. 反中微子光谱

　　 大亚湾合作组织测量了反中微子能谱，发现能量约为 5MeV 的反中微子数量超过理论预期。实验观察与理论预测之间意想不到的分歧表明了粒子物理学的标准模型需要进一步改进。[12]

3. 合作者

• Beijing Normal University
• Brookhaven National Laboratory
• Catholic University of Chile
• California Institute of Technology
• Charles University
• Chengdu University of Technology
• China Guangdong Nuclear Power Group
• China Institute of Atomic Energy
• Chinese Academy of Sciences
• Chinese University of Hong Kong
• College of William and Mary
• Dongguan Institute of Technology
• Illinois Institute of Technology
• Institute of High Energy Physics
• Iowa State University
• Joint Institute for Nuclear Research
• Kurchatov Institute
• Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley
• Nanjing University
• Nankai University
• National Chiao-Tung University
• National Taiwan University
• National United University
• Princeton University
• Rensselaer Polytechnic Institute
• Shandong University
• Shanghai Jiao Tong University
• Shenzhen University
• Siena College
• Sun Yat-Sen (Zhongshan) University
• Temple University
• Tsinghua University
• University of California at Los Angeles
• University of Hong Kong
• University of Houston
• University of Illinois at Urbana–Champaign
• University of Science and Technology of China
• University of Wisconsin
• Yale University
• Virginia Polytechnic Institute and State University

4. 参考文献

　　 [1] ^Daya Bay collaboration (22 May 2012). "A side-by-side comparison of Daya Bay antineutrino detectors". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 685 (1): 78–97. arXiv:1202.6181. Bibcode:2012NIMPA.685...78A. doi:10.1016/j.nima.2012.05.030..

　　 [2] ^Li, Xiaonan (August 2013). Daya Bay II: Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) (PDF). Windows On the Universe..

　　 [3] ^"Groundbreaking at JUNO". Interactions NewsWire. 10 January 2015. Retrieved 2015-01-12..

　　 [4] ^Daya Bay Collaboration (2012). "Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay". Physical Review Letters. 108 (17): 171803. arXiv:1203.1669. Bibcode:2012PhRvL.108q1803A. doi:10.1103/PhysRevLett.108.171803. PMID 22680853..

　　 [5] ^Adrian Cho (8 March 2012). "Physicists in China Nail a Key Neutrino Measurement". ScienceNow..

　　 [6] ^Eugenie Samuel Reich (8 March 2012). "Neutrino oscillations measured with record precision". Nature. doi:10.1038/nature.2012.10202..

　　 [7] ^"Announcing the First Results from Daya Bay: Discovery of a New Kind of Neutrino Transformation" (Press release). University of California, Berkeley. 8 March 2012..

　　 [8] ^Daya Bay Collaboration (10 February 2014). "Spectral measurement of electron antineutrino oscillation amplitude and frequency at Daya Bay". Physical Review Letters. 112 (6): 061801. arXiv:1310.6732. Bibcode:2014PhRvL.112f1801A. doi:10.1103/PhysRevLett.112.061801. PMID 24580686..

　　 [9] ^Daya Bay Collaboration (3 October 2014). "Independent measurement of the neutrino mixing angle θ13 via neutron capture on hydrogen at Daya Bay". Phys. Rev. D. 90 (7): 071101. arXiv:1406.6468. Bibcode:2014PhRvD..90g1101A. doi:10.1103/PhysRevD.90.071101..

　　 [10] ^Daya Bay Collaboration (1 October 2014). "Search for a Light Sterile Neutrino at Daya Bay". Phys. Rev. Lett. 113 (14): 141802. arXiv:1407.7259. Bibcode:2014PhRvL.113n1802A. doi:10.1103/PhysRevLett.113.141802. PMID 25325631..

　　 [11] ^Bei-Zhen Hu; et al. (14 May 2015). "Recent Results from Daya Bay Reactor Neutrino Experiment". arXiv:1505.03641 [hep-ex]..

　　 [12] ^An, F.P.; et al. (Daya Bay Collaboration) (12 February 2016). "Measurement of the reactor antineutrino flux and spectrum at Daya Bay". Physical Review Letters. 116 (6): 061801. arXiv:1607.05378. Bibcode:2016PhRvL.116f1801A. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061801. PMID 26918980..