大亞灣微中子振盪實驗中宇宙射線所產生之同位素鋰-9及氦-8分析

Abstract

大亞灣微中子振盪實驗利用八個相同設計的反微中子探測器以及六個位於中國東 南沿海大亞灣地區之核能反應爐作為反微中子源來進行測量。將探測器放置於遠 點及近點兩種不同的相對於反應爐位置的測量方法，我們的測量結果為微中子振 盪理論提供顯著的證據。透過一千九百五十八天所累積之數據，大亞灣實驗組在 微中子振盪模型參數(sin² θ_13, Δm²_32) 的測量上獲得空前的準度。 儘管如此，宇宙射線所產生之放射性同位素鋰-9 以及氦-8 仍然是實驗中一項 重要的系統誤差來源。在過去的研究裡，我們透過量測微中子訊號以及渺子訊號 的時間差分佈來估計這些同位素的含量。但是這個方法在渺子訊號的出現頻率很 高時無法有效的測量這些同位素，而大亞灣實驗中的近點由於地底深度較淺所以 宇宙射線的頻率較高剛好符合這種特性，因此許多方法被提出以解決這個問題。 不過這些方法大多缺乏理論支持也因此在可能導致系統誤差遭到低估。 本論文開發一種新的方法來測量這些同位素，除了渺子以及微中子訊號的時間 資訊外，我們將微中子訊號的頻譜資訊同時納入以增加測量的準確度。將此方法 用於大亞灣實驗之數據，我們在同位素含量的測量上得到了和先前結果一致的結 果以及相似或是更低的誤差。不僅如此，由於在測量中加入了頻譜資訊讓我們得 以檢驗這些同位素在不同變數上之分佈以及發現先前所忽略的其他同位素所產生 之訊號。最後我們將數個不同實驗所測量到的鋰-9 及硼-12 之產率利用冪律分布 進行分析，此分析將可為未來的實驗進行預測。