大亚湾实验利用氢俘获方法刷新中微子混合角 \(\theta_{13}\) 的测量精度
清华工物系 清华工物系 2024-10-10 19:30 发表于北京
清华大学工物系近代物理研究所博士后李进京、王喆副教授和陈少敏教授，在大亚湾实验首次基于氢俘获样本开发了事例率和能谱的联合分析方法，同时给出中微子混合角 \(\theta_{13}\) 和质量平方差 \(\Delta m^2_{32}\) 的高精度测量结果。这项研究是李进京在清华大学攻读博士学位和博士后工作期间的重要工作，受到国家重点研发计划和国自然青年科学基金的资助，耗时多年完成。其中，单独利用氢俘获样本给出的 \(\theta_{13}\) 测量值为 \(\sin^2 2\theta_{13} = 0.0759 \pm 0.0050 \)，与钆俘获样本联合测量的结果为 \(\sin^2 2\theta_{13} = 0.0833 \pm 0.0022 \)，较之前的结果精度再次提高了 8%，为世界第一精确 \(\theta_{13}\) 结果。\(\theta_{13}\) 是重要基本物理参数，对其进行精确测量对探索目前尚未知的中微子性质，比如 \(\theta_{23}\) 的卦限、中微子质量排序、轻子 CP 破坏和混合矩阵的幺正性都具有重要价值。此外，这项研究针对氢俘获样本存在的诸多难点开发出的精确测量方法对于未来同样依赖氢俘获信号开展精确测量的实验具有极其重要的参考价值，比如国内即将开始采数的江门中微子实验。相关成果于 2024 年 10 月 8 日发表在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 133 (2024) 15, 151801)。
大亚湾反应堆中微子实验位于广东省深圳市大亚湾核电站内，是国际知名的反应堆中微子实验，其研究成果斩获了美国《科学》杂志 2012 年度十大科学突破、美国物理学会潘诺夫斯基奖、2016 年“国家自然科学一等奖”、2016 年“基础物理学突破奖”， 2023 年“欧洲物理学会高能与粒子物理奖”，等等。实验设计的主要物理目标便是测量当时最后一个未知的中微子混合角 \(\theta_{13}\)。不同于大亚湾实验在设计时主要考虑的钆俘获信号，氢俘获信号在实验之初被考虑直接放弃，以避免诸多困难。李进京博士将在国自然青年科学基金的资助下，使用实验全部数据就这一课题展开更为深入的研究，攻克更为困难和重要的分析难点，将为大亚湾实验的主要物理目标画上圆满的句号。