清华工物系 清华工物系 2025-12-11 12:05 发表于北京
无中微子双贝塔衰变(0νββ)是揭示中微子本质的关键物理过程,其研究对于验证中微子是否为马约拉纳粒子、探索宇称守恒破缺现象以及测定绝对中微子质量具有重大意义。实验灵敏度的精确评估是优化探测器设计与数据分析策略的核心环节。目前,0νββ实验领域广泛采用计数法(基于预设感兴趣能区的事件统计)和拟合法(利用全能谱进行信号提取)两种统计方法,但二者在不同实验条件下的性能优劣尚未形成定论。
本研究通过理论推导与蒙特卡洛模拟验证,首次系统比较了计数法与拟合法在发现灵敏度与排除灵敏度两类指标中的表现,揭示了二者性能与能量分辨率、曝光量的依赖关系。研究结果表明:在低曝光量、高能量分辨率场景下,计数法因能区界定明确而表现更优;而在高曝光量场景中,拟合法通过挖掘能区外背景分布信息而表现更优。该工作明确了两种方法的适用范围与局限性,为下一代大型无中微子双贝塔衰变实验的统计策略选择提供了定量依据。此外,该研究提出的比较方法和统计框架具有普适性,可进一步推广至其他稀有事例寻找实验。
论文匿名审稿人高度评价本研究的开创性与实用性,认为其是"首次在0νββ实验领域对两种常用分析策略进行系统定量比较","为不同合作组实验的设计灵敏度估计提供了方法论支持"。论文工作的主要贡献者为博士生付昊阳和南开大学物理科学学院季向盼副教授(中心2015级博士后),该研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。文章发表在 Journal of Instrumentation(论文链接:https://doi.org/10.1088/1748-0221/20/12/P12016)。