더블추즈

Double Chooz 로고

Double Chooz는 프랑스 Chooz에서 짧은 기준의 중성미자 진동 실험이었다.목적은 전자 중성미자를 다른 중성미자로 바꾸는 역할을 하는 중성미자 진동 파라미터인 δ₁₃ 혼합각을 측정하거나 한계를 설정하는 것이었다.이 실험은 추즈 원전의 원자로를 중성미자원으로 사용해 중성미자가 받는 중성미자의 유속을 측정한다.이를 위해 더블추즈는 원자로에서 400m와 1050m 떨어진 곳에 검출기 2대를 설치했다.Double Chooz는 Chooz 실험의 후속 기종으로, 검출기 중 하나가 이전 기종과 같은 장소를 차지하고 있다.2015년 1월까지 모든 데이터는 원거리 검출기만을 사용하여 수집되었다.근접 검출기는 공사가 ^[1]지연된 후 2014년 9월에 완성되었으며 2015년 초에 데이터를 수집하기 시작했다.두 검출기 모두 2017년 12월 말에 데이터 수집을 중단했다.

검출기 설계

Double Chooz는 두 개의 4.25GW 화력발전로 근처에 배치된 두 개의 동일한 가돌리늄 도프 액체 섬광 검출기를^[2] 사용하여 안티뉴트리노 소실을 측정했다.두 검출기는 원자로에서 400m 떨어진 '근처'와 원자로에서 1,050m 떨어진 '멀리'로 불린다.원거리 탐지기는 우주 뮤온으로부터 보호되는 300미터의 물이 있을 정도로 언덕 안에 배치되어 있다.검출기 자체는 4개의 동심원통형 ^[3]^[4]용기로 구성된 열량계 액체 섬광기이다.

중성미자 표적 및 γ-캐처

가장 안쪽에 있는 그릇은 아크릴 플라스틱으로 만들어졌으며 직경 230cm, 높이 245.8cm, 두께 0.8cm이다.이 챔버는 10,000L의 가돌리늄(Gd)이 탑재된 (1g/l) 액체 섬광기로 채워져 있으며, 중성미자 타깃입니다.다음 레이어 출력은 '캐처'입니다.중성미자 표적을 Gd가 없는 액체 섬광기의 55cm 두께로 둘러싸고 있다.γ-catcher의 케이스는 두께가 12cm로 중성미자 포수와 같은 재질로 되어 있습니다.재료는 두 용기의 파장이 400nm ^[3]^[4]이상인 광자에 투명하도록 선택됩니다.

완충용기 및 PMT

완충용기는 가로 552.2cm, 세로 568.0cm, 두께 0.3cm의 스테인리스강 304L로 제작됐다.아크릴 이중용기가 차지하지 않는 나머지 실내공간은 비선광성오일로 채워져 있습니다.완충용기의 내부 표면에는 390개의 10인치 광전자 증배관이 있다.완충층의 목적은 PMT와 주변 암석에서의 방사능을 차단하는 것입니다.중성미자 표적과 γ-catcher 외에 층에 대한 이러한 것들을 총칭하여 "내부 검출기"^[3]^[4]라고 한다.

내측과 외측 베토

내부 거부권은 50cm 두께의 섬광성 미네랄 오일로 완충 용기를 둘러싼다.또 8인치 PMT는 상·하·면에 78개 78개가 분포돼 있다.이 내부 거부층은 뮤온과 고속 중성자의 활성 거부층 역할을 한다.주변 15cm 두께의 강철 케이스는 외부 µ선을 차단하는 역할을 합니다.외부 거부권은 검출기 탱크 상부를 덮습니다.단면이 5cm x 1cm인 스트립으로 구성되어 있습니다.^[3]^[4]

데이터 수집

내부검출기 및 내부거부로부터의 신호는 샘플링 레이트가 500MHz인 8비트 플래시 ADC 전자장치에 의해 기록된다.검출기의 트리거 임계값은 전자 반중성미자에서 예상되는 1.02MeV보다 ^[3]^[4]훨씬 낮은 350keV로 설정됩니다.

수년간 Double Chooz는 원거리 검출기만으로 작동했으며 Bugey4와 같은 모델을 사용하여 예상 플럭스를 계산해 왔다.완성된 근접 검출기를 통해 향후 몇 년간의 데이터 수집 정밀도를 높일 수 있다.

실험 기술

중성미자 혼합

중성미자는 전기적으로 중립적이고 극히 가벼운 입자로, 약한 상호작용만 할 뿐, 눈에 띄지 않게 먼 거리를 이동할 수 있습니다.중성미자의 특성 중 하나는 전파에 따라 하나의 $e,\mu ,\tau$ , $e,\mu ,\tau$ μ, μ $,$ $δ$ (\ $displaystyle e,\mu,\tau$ 에서 다른 플레이버로 진동할 기회가 있다는 것입니다.이것이 실험의 원리다.Double Chooz의 목표는 § $($ 스타일 $\theta$ _ ${13})$ 혼합 $\theta _{13}$ 각도의 값을 더욱 엄격하게 제한하는 것입니다.

1990년대에 수행된 Chooz 실험에서는 $§$ $\theta _{13}$ $(\displaystyle$ \theta $\theta _{13}$ _ ${13$ }) 혼합 각도가 다음과 같이 제한된다는 것을 발견했습니다.

\displaystyle \sin ^{2}(2\theta _{13}) <0.2}

10년이 넘도록 최고의 실험 상한치였어요Double Chooz 실험의 목표는 더 작은 영역을 탐색함으로써 § $($ 스타일 $\theta$ _ ${13})$ 각도를 $\theta _{13}$ 계속 탐색하는 것입니다.

\displaystyle 0.03 <\sin ^{2}(2\theta _{13}) <0.2}

혼합각의 관측은 원자로의 핵분열 반응 중에 원자로에서 나오는 $ν$ e $($ 를 관찰함으로써 이루어진다. $원자로$ 에서 ${\bar {\nu }}_{e}$ 예상되는 $유속$ 은 하루 약 50개이다 $.$ 중성미자 질량 제곱 차이 중 하나가 다른 것보다 훨씬 작기 때문에 이중 추즈 실험에서는 두 가지 맛의 진동만 고려하면 됩니다.2-맛 모델에서 주어진 중성미자의 생존 확률은 다음과 같이 모델링됩니다.

({displaystyle P=1-\sin ^{2}(2\theta _{13}),\sin ^{2}\frac {1.27\Delta m_{31}^{2}L}{E_{\nu }}\right}\mathrm {(in\thatural\t;natural\f})} }

$L$ 서 L $(\displaystyle$ L $)$ 은 $L$ 중성미자가 이동한 길이(미터)이며, $E_{\nu }$ (\ $displaystyle$ E_ ${\$ nu $})$ 는 $E_{\nu }$ ${\bar {\nu }}_{e}$ $(\$ 입자의 에너지입니다.이로부터 혼합각의 값은 원자로 중성미자 ^[4]진동의 진동 진폭에서 측정할 수 있다.

관찰.

원자로의 중성미자는 역 베타 붕괴(IBD) 과정을 통해 관찰된다.

(\displaystyle\bar\n_{e}+p+to e^{+}+n).}

^[4]

고려해야 할 배경이 있기 때문에 (IBD) 후보는 다음과 같이 결정됩니다.프롬프트 신호의 가시 에너지는 0.5~20MeV 사이여야 합니다.지연된 신호는 4~10MeV 사이여야 합니다.이 두 신호 사이의 시간 차이는 0.5~150마이크로초 사이여야 합니다.2개의 신호는 100cm 미만이어야 합니다.또한 (지연신호를 제외한) 다른 신호는 프롬프트 신호 200마이크로초 전 또는 600마이크로초 후에 검출되지 않습니다.프롬프트 신호의 검출은 거의 100% 효율에 도달했지만 Gd 농도 ^[4]및 중성자 산란 모델과 같은 문제로 인해 지연 신호를 검출하는 것은 쉽지 않습니다.

결과.

혼합각

2011년 11월 서울에서 열린 LowNu 컨퍼런스에서 228일간의 데이터를 이용한 첫 실험 결과가 발표되었으며, 0이 아닌 값 ^[5],을₁₃ 암시한 후 2011년 ^[6]12월 arXiv에 논문을 제출하였다.PRL 기사^[7](2012년 발행)에서는 불과 몇 개월 전에 발표된 Double Chooz 실험 소실 데이터와 T2K 실험 외관 데이터를 결합하여 0 δ₁₃ 진동 가설을 2.9 시그마에서 제외했다.이 결과는 당시 가장 중요한 증거이자 θ₁₃ 진폭의 정확한 첫 번째 측정이 되었다.불과 몇 달 후, 다야만 실험은 확인 측정과 궁극적인 발견(즉, 55' 유의) 증거를 제공했다.Double Chooz 실험과 Daya Bay 실험의 중심값은 모두 매우 일치했으며, 지금까지 ('2' 이내) 그대로 유지되고 있다.T2K 실험에서는 2012년 Double Chooz 실험과 유사한 분석 조합 기법을 사용하여 2020년 0이 아닌 CP 위반 단계에서 첫 번째 제약 조건을 제시했습니다.

수소에 대한 중성자 포획은 독립적인 데이터를 생성하기 위해 사용되었으며,^[8] 2013년에 별도의 측정 결과를 얻기 위해 분석되었다.

\displaystyle \sin ^{2}(2\theta _{13})= 0.097\pm 0.034,\mathrm {(stat)} \pm 0.034,\mathrm {(시스템)} .}

원자로 정지 데이터를 사용하여 배경 독립적인 측정치가^[9] 2014년 7월 물리학 서신 B:

\displaystyle \sin^{2}(2\theta _{13})=0.102\pm 0.028,\mathrm {(stat)}\pm 0.033,\mathrm {(시스템)} .}

데이터 467.90일 이후 배경 및 시스템 불확실성이 감소된 개선된 측정 결과가 2014년 ^[4]고에너지 물리학 저널에 발표되었습니다.

\sin ^{2}(2\theta _{13})= 0.090_{-0.029}^{+0.032}.

기타 결과

Double Chooz는 검출기에서 양전자 전멸을 지연시키고 섬광 ^[10]신호를 왜곡시키는 양전자 형성을 확인할 수 있었다.개선된 배경 제거를 위해 중성미자 검출기에 사용될 수 있는 태깅 알고리즘이 개발되었으며, Borexino는 우주 생성 C 배경에 대해 이와 유사하게 수행했다.다른 전용 설정과 호환되는 3.68±0.15ns의 오르소 포지트로늄 수명이 측정되었다.

로렌츠 위반 파라미터에 대한 한계도 ^[11]설정되었다.

참고 문헌

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레퍼런스

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외부 링크

프로젝트 홈페이지

[1] "Inauguration of second neutrino detector for Double Chooz experiment". 25 September 2014.

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[5] Herve de Kerret, "Double Chooz 실험의 첫 번째 결과", 2011년 11월 서울 LowNu 컨퍼런스에서 다음과 같이 강연:

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[9] Abe, Y.; et al. (Double Chooz Collaboration) (2014). "Background-independent measurement of θ₁₃ in Double Chooz". Physics Letters B. 735: 51–56. arXiv:1401.5981. Bibcode:2014PhLB..735...51A. doi:10.1016/j.physletb.2014.04.045. S2CID 27219821.

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