Speaker
Prof.
Anatolii Serebrov
(PNPI NRC KI)
Description
Поиск стерильных нейтрино в эксперименте Нейтрино-4
А.П. Серебров ПИЯФ НИЦ КИ, Гатчина
Эксперимент Нейтрино-4 проводился на реакторе СМ-3 (НИИАР, Димитровград). Задача эксперимента состояла в поиске осцилляций реакторных антинейтрино на малых расстояниях от активной зоны реактора. Измерения потока антинейтрино от реактора и его спектральной зависимости от расстояния проводились в диапазоне $6-12$ метров от центра активной зоны. Используя измеренный спектр $(E_{\tilde{\nu}})$ и зависимость потока антинейтрино от расстояния $(L)$, мы выполнили анализ экспериментальных данных на параметры осцилляций $\Delta m^2_{14}$ и $\sin^2(2\theta_{14})$.
$$P(\tilde{\nu}_e \rightarrow \tilde{\nu}_e) = 1 - \sin^2(2\theta_{14})\sin^2(1.27\frac{\Delta m^2_{14}[\text{eV}^2]L[\text{m}]}{E_{\tilde{\nu}}[\text{MeV}]}) (1)$$
Был разработан метод когерентного сложения результатов измерений с целью извлечения зависимости вероятности осцилляций от отношения $L/E_{\tilde{\nu}}$ в соответствии с формулой (1). Это позволило нам непосредственно наблюдать процесс осцилляций – переход реакторных антинейтрино в стерильное состояние и обратно. Эффект осцилляций наблюдается на уровне достоверности $2.9\sigma$ с параметрами $\Delta m^2_{14} \approx 7.25\text{eV}^2$ и $\sin^2(2\theta_{14}) \approx 0.26$. Пространственный период осцилляций для энергии нейтрино $4\text{MeV}$ составляет $1.4$ метра. Разрабатывается новый более чувствительный эксперимент с целью проверки полученного результата на уровне достоверности $5\sigma$.
Полученный результат [1] следует сравнить с результатами другими экспериментов на исследовательских реакторах и АЭС. Для экспериментов на атомных электростанциях NEOS (Южная Корея) и DANSS (Россия) чувствительность к идентификации эффекта осцилляций с периодом $1.4$ метра значительно подавлена из-за больших размеров активной зоны. У эксперимента Нейтрино-4 есть преимущества в чувствительности к осцилляциям с малым периодом благодаря, компактной зоне реактора, минимального расстояние детектора нейтрино от реактора и широкого диапазона перемещения детектора. На исследовательских реакторах с компактной зоной в экспериментах STEREO (Франция) и PROSPECT (США) наблюдение, нами обнаруженного явления возможно, но пока недостаточно чувствительности этих экспериментов. У эксперимента BEST (Россия), начатого в августе 2019 в Баксанской Нейтринной Обсерватории с источником нейтрино $\text{Cr-51}$ есть хорошая чувствительность к $\Delta m^2_{14} > 5\text{eV}^2$. Этот эксперимент может подтвердить результат нашего эксперимента в определении значения $\sin^2(2\theta_{14})$.
Кроме того, представляет интерес сопоставление результатов эксперимента Нейтрино-4 с ускорительными экспериментами (MiniBooNE и LSND) и экспериментом по измерению массы нейтрино KATRIN. Из значений параметров осцилляций, полученных в эксперименте Нейтрино-4 можно сделать оценку на массу электронного нейтрино, которая не противоречит нынешнему пределу, заявленному коллаборацией KATRIN.
[1] А.П.Серебров, и др. Письма JETP, том 109, Issue 4, стр. 213-221. arxiv:1809.10561
Primary author
Prof.
Anatolii Serebrov
(PNPI NRC KI)
