基于江门中微子实验超新星中微子的相关问题研究

发布时间：2020-11-16 12:08

　　迄今为止人类唯一一次观测到的少量超新星中微子事例来自于大麦哲伦云的SN1987A,该事件标志着中微子物理和中微子天文学进入了一个新的里程。目前世界上很多正在运行或者在建的中微子探测器对核心坍缩机制的超新星爆发中微子有了更好的探测能力,可以提供更大的统计量、更高的能量分辨率以及更准确的中微子味道信息。作为未来大型液闪探测器的其中一个,江门地下中微子实验(JUNO)的中心探测器设计拥有20kt的液体闪烁体。对于lOkpc处且拥有典型参数的核心坍缩超新星,JUNO实验可以观测到5000个来自反贝塔衰变(IBD)的事例、2000个中微子-质子弹性散射(pES)事例、超过300个中微子-电子弹性散射(eES)事例和中微子作用到12C上的带电流与中性流事例。本论文提出了利用奇异值分解(Singular Value Decomposition)的反解算法实现大型液闪探测器中不同反应道超新星中微子能谱的重建。然后结合IBD反应道和其他两个弹性散射道v+p → v+p、v + e-→v + e-,还可以实现不同味道中微子能谱的分离。本论文还利用不同组的数值超新星中微子模型对重建算法的模型无关性进行了检验。超新星是少见的天文学事件,这就要求一旦产生超新星爆发,JUNO探测器需要尽可能多的记录下超新星中微子的相关信息。因此本论文给出了利用IBD反应道进行JUNO实验的在线超新星触发的方案建议。该方案利用模拟数据给出了 SNIBD事例的筛选标准,以及电子学实现的逻辑思路。由于现在JUNO的电子学设计还未完全确定,本论文还讨论了如何选取方案中的参数和相应情况下的超新星误触发率以及超新星触发效率。基于该触发方案,JUNO实验可以满足SNEWS 对于加入实验的超新星误触发率的要求,而且也可以实现对于类似SN1987A距离的超新星的触发,对于100kpc量级的超新星也具有触发能力。一旦有超新星事例被触发,JUNO实验除了可以记录超新星中微子的能谱信息,也可以提供相应的时间分布信息。论文中对应Garching组的超新星中微子数值模拟,给出了不同味道中微子的源处超新星中微子数时间分布的参数化模型。由于当前超新星的模拟需要耗费大量的时间和计算资源,该参数化模型可以更便捷的用于超新星中微子时间分布的相关唯象研究。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O572.321
【部分图文】：

基本粒子,标准模型,中微子,微子

第１章引言??ｄｗｉｃｋ在实验中观测到，衰变产生的电子能谱是果对；８衰变中能量、动量以及自旋守恒的挑战，Ｐ中，一个中性不带电、自旋为｜且拥有相对论速，但未被探测到。基于Ｐａｕｌｉ的假设，１９３３年Ｆｅ子理论对ｙＳ衰变进行解释［１］，并将这种未被探中微子。之后多年，随着对中微子研究探测的不．１?［２］）中对中微子的认识：中微子是电中性、质互作用；共存在三种味道的中微子ｖｅ、％和＼，三代轻子（ｅ，ｖｅ）、（／／，?Ｖ＃）、（ｒ，?ｖＴ）各自保持轻子数所有反中微子是右手征的，且正反中微子是不同Ｓｔａｎｄａｒｄ?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ?Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??

超新星,原恒星,恒星,《宋史》

间可观察到的客星很可能就是超新星。有名的蟹状星云［１１］就来自１０５４年北宋??仁宗时期的一次超新星爆发，相关史料《宋史》、《宋会要》等中均有记载。如??图１．２?［１２］，《宋史》记载道：“……至和元年五月己丑，出天官东南可数寸，岁月??稍没。”?２０世纪３０年代，Ｚｗｉｃｋｙ和Ｂａａｄｅ开始系统的研究超新星，并根据观测??特征将它们区分为五种，现在习惯上将超新星分为Ｉ型和ｎ型两大类。自那之??后，每年天文学家通过各种观测手段可以观测到１０到３０个超新星，极大的丰富??了超新星研究的数据资料。??１．２．１?１■亘星演化??所有的恒星都诞生于冰冷、致密的星云或者分子云的坍缩之中，这也是恒星??演化（图１．３）的起点。星云坍缩碎裂成很多小区域，它们会不断收缩形成恒星??核。这些原恒星旋转的越来越快且随着收缩温度不断上升，当原恒星的中心温度??升高到某一点，氢开始聚变成氦，此时原恒星进入了主序恒星的行列。一旦内核??中的氢全部燃烧形成氦

示意图,恒星演化,过程,示意图

的能量产生率增加，导致恒星膨胀，亮度增加。恒星步入了红巨星阶段。最核温度不断升高，氦开始燃烧形成碳。恒星燃烧氦形成碳的过程所经历的时远短于氢燃烧形成氦的过程。??如果恒星质量小于８ＭＱ（ｓｏｌａｒ?ｍａｓｓ），碳核持续收缩，却无法达到点燃碳的，最终依靠电子简并压来抵抗恒星的引力势能。此时恒星内核开始形成白，每一次的热脉冲都会导致恒星外层的膨胀，并伴随质量丢失，直到外层全喷射出去，形成行星状星云。如果恒星质量大于８ＭＱ，恒星内核收缩导致度升高足以使碳燃烧形成氖，并重复内核收缩与外层燃烧的过程产生新的重，一直到铁核形成。由于铁聚变无法产生能量，铁核无法被点燃。恒星失去反应的能量来源，主要依靠内核中的电子简并压力抵抗引力压力。内核外层增加导致的不稳定会使得内核中的电子简并压无法抵抗星体的引力势能，内不断坍缩，直到内核形成原初中子星。不停坍落的物质会被原初中子星反激波，将外层物质吹出，发生超新星爆发。如果内核质量大于３Ｍ０左右，无法抵抗引力的作用，恒星甚至会最终班缩形成黑洞。??
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