JUNO中心探测器重建算法 刘钦 中国科学技术大学 2015.8.19

目录 物理背景 JUNO实验简介 算法介绍 总结

中微子未解之谜 中微子振荡： 中微子的绝对质量是多少？ 中微子是否是自己的反粒子？ 是否存在 惰性(sterile) 中微子？ 中微子质量顺序是怎样的? 中微子振荡矩阵是否跟夸克一样有CP 破坏？是否大到能解释宇宙中的物质-反物质不对称 ？ 中微子混合矩阵是幺正的吗 ？ 中微子的绝对质量是多少？ 中微子是否是自己的反粒子？ 是否存在 惰性(sterile) 中微子？ 是否存在第四代中微子 ？ 中微子是否有反常磁矩和反常相互作用？ 能否能探测到宇宙大爆炸中微子？

中微子质量顺序 中微子的基本属性：所有带电的基本粒子都具有正常的质量顺序,但电中性 的中微子是否如此？ 直接影响中微子及反中微子与物质的相互作用，并因此在宇宙演化、太阳及 超新星中微子的产生与传播、各种长基线中微子振荡等过程中体现出来 反应堆实验测量中微子质量顺序与CP相角无关，与加速器实验（与CP相角有关）互补并相互验证

Mass Hierarchy by Reactor neutrinos

江门中微子实验JUNO选址 科学目标 质量顺序 混合参数精确测量 超新星中微子 地球中微子 大气中微子 不活跃中微子 …… JUNO DYB Daya Bay Huizhou Lufeng Yangjiang Taishan Status Operational Planned Under construction Power 17.4 GW 18.4 GW 科学目标 Previous site candidate 质量顺序 混合参数精确测量 超新星中微子 地球中微子 大气中微子 不活跃中微子 …… Lufeng Huizhou Daya Bay Kaiping, Jiangmen, Guangdong DYB JUNO Taishan NPP Yangjiang NPP

物理要求 Nominal assumption: Detector size: 20kt Energy resolution: 3% Thermal power: 36 GW Baseline:~53 km MH sensitivity: 3s for 6yrs 3 years, 2s 6 years,3s

探测器概念设计（传统方案） 2万吨 液体闪烁体 Muon 探测器 不锈钢罐 隔水层 1万吨 水 屏蔽层 内层有机玻璃罐：F34.5m 外层不锈钢罐：F37.5m ~15000 20” PMTs 光学覆盖面积: 70-80% 20” VETO PMTs

中心探测器方案 有机玻璃罐方案 气球方案

重建流程 vertex reconstruction visible energy reconstruction relative hit time likelihood method first hit time of each PMT visible energy reconstruction charge likelihood method vertex reconstructed in the first step and PE number of each PMT

液闪发光时间特性 point-like events ,define residual time where ti : first hit time of ith PMT tof : time of flight for scintillation photon t0 : real start time of an event for LS detector, the residual time will obey the following formula where : systematic uncertainty of hit time : different time constant of LS

基于时间信息的极大似然法 initial vertex : charge center method; calculate residual time distribution can be expressed as jointed time likelihood function:

顶点重建结果 e+ P=0 MeV (0,0,10m) e+ P=6.469MeV (0,0,10m) Mean = -3.464mm Sigma = 86.97mm Mean = -1.934mm Sigma = 32.73mm

考虑PMT时间分辨 Transit time spread of PMT TTS = 2.354 Z resolution @ ball center

可见能量重建 charge likelihood function probability of non-hit Probability for readout charge is The expected PE number where the vertex r is determined by hit time likelihood method

两种方案能量重加结果比较 有机玻璃罐 : 0.2242*1.6 + 2.682 = 3.04（%） 有机玻璃罐 : 0.2242*1.6 + 2.682 = 3.04（%） 气球: 0.07834*1.6 + 2.727 = 2.85（%）；

总结 江门中微子实验JUNO 事例重建 国际上首个利用反应堆中微子测量中微子质量顺序的国际合作实验 兼有多个其它重要科学目标 土建工作正在进行 事例重建 基于极大似然法开发的事例重建程序可以稳定运行 顶点重建精度比较高，为能量重建提供良好基础 两种方案可见能量重建结果基本满足实验物理要求

谢谢