中微子在液氙探测器中的信号研究

论文摘要

中微子是构成自然界的最基本的粒子之一。在标准模型所包含的十七种粒子中,有三种基本粒子是中微子,分别是:电子中微子,μ中微子和τ中微子。他们质量极小,不带电,穿透力强,很难与其他物质发生反应,极难被探测。PandaX是运用二相型液氙时间投影室技术的暗物质直接探测实验。来自宇宙中的中微子,尤其是太阳中微子,也可以和氙原子通过相干核弹性散射过程、电弱过程乃至可能的中微子磁矩发生相互作用,进而在液氙探测实验上产生核反冲或者电子反冲信号。因此,PandaX实验除了可以探测暗物质粒子,对宇宙中中微子的测量也有很强的灵敏度。另外,在超新星爆发的过程中,超新星中微子会先于光子从超新星逸散出来。因此,一旦有超新星爆发事件发生,人们通过粒子探测手段会先于光学探测得到信息。PandaX实验可以利用其对中微子探测的优势,加入超新星预警系统（SNEWS）,并负责为超新星爆发提供早期预警。本篇文章主要研究太阳中微子和超新星中微子在液氙探测器中产生的信号的数目。具体分为以下步骤:首先确定所研究的中微子在地球当中的通量;其次确定中微子在探测器中可能发生的反应类型以及各种反应类型的反射截面;最后根据中微子在地球上的通量和发生反应的反应截面来计算在探测器中会有多少中微子发生反应,并根据探测器的探测效率计算在探测器中采集到的信号数目。研究结果表明,在液氙探测器中,由中微子引起的核反冲信号主要来源于8B中微子和hep中微子,而pp中微子和7Be中微子是电子反冲信号的主要来源,中微子预计会在液氙探测器中产生278 ton-1year-1的电子反冲信号。在PandaX-4T的探测器中,由中微子产生的核反冲信号约为0.4 ton-1year-1,在两年的运行时间内,预计看到2到3个事例信号。如果有超新星爆发事件发生,预计在PandaX-4T的探测器中可以看到10.7个信号,并全部产生于核反冲反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
•   1.1 研究意义
•   1.2 研究历史及现状
• 2.液氙探测器及其原理
•   2.1 液氙的物理性质
•   2.2 液氙探测原理
• 3.Panda X-4T 实验
•   3.1 中国锦屏地下实验室
•   3.2 PandaX-4T硬件设施
•     3.2.1 屏蔽系统
•     3.2.2 超高纯氪氙低温精馏系统
•     3.2.3 制冷与循环系统
•     3.2.4 时间投影室
•   3.3 慢控制系统
•   3.4 PandaX-4T本底数据分析
• 4.太阳中微子在液氙探测器中的信号
•   4.1 太阳中微子的分类及通量
•   4.2 中微子振荡
•   4.3 散射截面
•     4.3.1 核反冲反应的散射截面
•     4.3.2 电子反冲反应的散射截面
•   4.4 事例率计算
•   4.5 计算结果及分析
•     4.5.1 核反冲反应事例
•     4.5.2 电子反冲反应事例
• 5.超新星中微子在液氙探测器中的信号
•   5.1 超新星中微子的产生及通量
•   5.2 事例数计算结果及分析
• 6.总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吉鹏

导师: 王崇杰

关键词: 太阳中微子,超新星中微子,液氙探测

来源: 辽宁师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 辽宁师范大学

基金: 国家自然科学基金应急管理项目“PandaX四吨级液氙时间投影室探测器的预研”,(项目编号:11755001)

分类号: O572.321;O572.212

总页数: 52

文件大小: 3519K

下载量: 27