КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 21-42-00023

НазваниеПрецизионное измерение спектра реакторных антинейтрино в TAO как ключ к определению порядка масс нейтрино

Руководитель Наумов Дмитрий Вадимович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Международная межправительственная научно-исследовательская организация Объединенный институт ядерных исследований , Московская обл

Конкурс №52 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-101 - Физика элементарных частиц

Ключевые слова нейтрино, реакторные электронные антинейтрино, иерархия масс нейтрино, порядок масс нейтрино, осцилляции нейтрино, кремниевые фотоумножители, SiPM

Код ГРНТИ29.05.81

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Физика нейтрино это очень активная область физики частиц, в которой за последнее время произошли значимые открытия. В первую очередь это открытие ненулевой массы нейтрино и обнаружение смешивания лептонов во взаимодействиях с заряженными W-бозонами посредством наблюдения нейтринных осцилляций. Тем не менее, ряд фундаментальных вопросов физики нейтрино до сих пор остаётся открытым. Один из них — порядок масс нейтрино. Случай m₁<m₂<m₃ (m₃<m₁<m₂) принято называть прямым (обратным) порядком масс нейтрино m_i. JUNO, или Дзянмыньская Подземная Нейтринная Обсерватория, это эксперимент с реакторными нейтрино следующего поколения, строящийся в южном Китае. После запуска в 2022 году это будет самый большой детектор с жидким сцинтиллятором в мире. Большая масса и рекордные характеристики детектора необходимы для достижения амбициозной цели — определения порядка масс нейтрино при наблюдении эффекта интерференции быстрых осцилляций реакторных антинейтрино на расстоянии 52-х км от реактора. В последнее время в литературе появляются предположения о существовании до сих пор неизмеренных особенностей спектра реакторных антинейтрино, которые могут в значительной степени подавить чувствительность реакторных экспериментов к порядку масс нейтрино. Чтобы решить эту проблему, новый эксперимент, Taishan Antineutrino Obervatory (TAO), предназначен для измерения спектра антинейтрино реактора на расстоянии 30 м от одного из реакторов Taishan, с энергетическим разрешением 2% при 1 МэВ видимой энергии (что соответствует светосбору в 4500 ф.э. на МэВ). Текущее лучшее в мире энергетическое разрешение и светосбор жидкостного сцинтилляционного нейтринного детектора составляют 5% и 500 ф.э. для детектора Borexino. Строящийся детектор JUNO рассчитан на 3% и 1200 ф.э. соответственно. Чтобы достичь такого энергетического разрешения, в эксперименте TAO, впервые в жидко-сцинтилляционных детекторах для регистрации нейтрино, будет создан детектор большой площади, покрытый кремниевыми фотоумножителями (SiPM). Чтобы снизить темновой шум SiPM, TAO будет работать при температуре -50 градусах Цельсия. Это будет первый жидко-сцинтилляционный детектор, работающий при такой низкой температуре. Как разработка детектора, так и анализ данных в комбинации JUNO+TAO накладывают жёсткие требования на качество электроники и обработку данных. В данном проекте мы рассматриваем обе стороны подготовки эксперимента. Со стороны научно-методических задач мы собираемся разработать и реализовать методы характеризации SiPM, исследовать и отобрать подходящих кандидатов для массового производства порядка десяти квадратных метров детектора, планируем разработать и внедрить методику отбора и массового тестирования SiPM, разработать, произвести и установить систему питания (ИП) для 4100 каналов матриц SiPM. Достижение задач, поставленных перед TAO, требует восстановления энергии нейтрино по сигналу с фото-сенсоров на уровне не хуже 2% на 1 МэВ. Ввиду большого количества сигналов, поступающих с фото-сенсоров традиционные методы реконструкции работают медленно. Интересной альтернативой традиционным методам решения этой задачи являются алгоритмы на основе нейронных сетей. Наш опыт в применении сверточных нейронных сетей для реконструкции в JUNO будет перенесен в TAO, где мы, как и в случае JUNO, ожидаем существенное увеличение скорости реконструкции на фоне аналогичной или лучшей точности. Мы также разрабатываем уникальный подход к обработке данных, платформу The Global Neutrino Analysis (GNA). Проект GNA, созданный на С++ и Python, разработан для обеспечения масштабируемого и вычислительно эффективного статистического анализа данных. Он будет использован для определения порядка масс нейтрино в комбинированном анализе данных JUNO и TAO. Уникальный опыт и экспертиза обеих сторон данного проекта позволяют рассчитывать на успешное решение всех поставленных задач в проекте.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---