«ПОИСК СТЕРИЛЬНЫХ НЕЙТРИНО В РЕАКТОРНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ» ЗА 2020 ГОД (промежуточный)

В 2020 году продолжено накопление статистического материала на установке ДАНСС. В течение года серьезных сбоев в работе детектора не наблюдалось. Стабильная работа детектора позволила обеспечить непрерывность записи данных. Записано и доставлено для обработки на вычислительном кластере около 30 Тбайт данных, до конца отчетного периода этот объем будет увеличен до 36 Тбайт. Данные до середины февраля 2020 полностью обработаны и вместе с материалом предыдущих лет позволили извлечь более 3.5 миллионов событий обратного бета-распада (после оптимизации критериев отбора). Качество и объем данных, записанных в 2020 году, позволяет предполагать, что из этого материала можно будет извлечь около 1 млн. событий обратного бета-распада. Заметные улучшения произошли в алгоритмах отбора событий обратного бета-распада (ОБР). Целью оптимизации было выбрано наименьшее значение относительной статистической ошибки количества событий в окончательных спектрах позитронов ОБР. Основными источниками фоновых событий являются случайные совпадения и нейтриноподобные события, индуцированные космическими мюонами. Выбор наилучшего значения того или иного критерия отбора производится путем построения зависимости величины цели оптимизации от значения этого критерия. Критерии отбора, имеющие фиксированные условия, неявным образом приводят к искажению позитронных спектров, так что для получения истинных неискаженных спектров в любом случае требуется специальная процедура, основанная на Монте-Карло моделировании эффективности регистрации. Разработаны энергозависимые отборы по двум наиболее эффективным критериям – энергия задержанного события пары ОБР и геометрическое расстояние между позитронным и нейтронным кандидатами. Для каждого из критериев выполнялась минимизация цели оптимизации в различных интервалах позитронных энергий. Полученные оптимальные значения приблизительно параметризовались гладкой функцией. В результате оптимизации критериев отбора удалось не только уменьшить вклады основных фоновых процессов, но и увеличить выход полезных событий. Выход полезных событий увеличился более чем на 20%. Благодаря сильному подавлению фонов в низкоэнергичной области удалось понизить левую границу измеряемого спектра позитронов до 0.5 МэВ. Извлечено около 3.5 млн событий обратного бета-распада, пригодных для анализа на предмет стерильных нейтрино. Понимание энергетической шкалы очень важно для получения неискаженного позитронного спектра и ограничений на существование стерильного нейтрино. В отчетном периоде было достигнуто заметное продвижение в указанном направлении. В частности, произведено выделение событий бета-распада бора-12, индуцированного космическими мюонами. В отличие от большинства аналогичных экспериментов, использующих ОБР для регистрации антинейтрино, в эксперименте ДАНСС измеряется чистая кинетическая энергия позитрона ОБР, а не его полное энерговыделение, включающее аннигиляционные гамма-кванты. По этой причине электрон бета-распада бора лучше имитирует ионизационное энерговыделение позитрона ОБР, чем гамма-кванты радиоактивных источников 22Na или 60Co. Нелинейные эффекты при регистрации гамма-квантов не оказывают непосредственного влияния на энергетическую шкалу ДАНСС, поскольку регистрируемая чистая энергия позитрона определяется единственным непрерывным треком ионизации, а не множеством мягких комптоновских электронов. Заметный прогресс достигнут в анализе данных на предмет ограничений на существование стерильного нейтрино. В частности, предложен и реализован метод, позволяющий корректно использовать данные во всех трех положениях детектора и допускающий простую интерпретацию статистических ошибок. Значительная область разрешенных значений параметров осцилляций, полученная в компиляции мировых данных по реакторной аномалии, надежно исключается результатами настоящего эксперимента, включая наиболее вероятную точку. Благодаря своему расположению под реактором и его защитой ДАНСС занимает промежуточное положение между детекторами на поверхности земли и подземными лабораториями. ДАНСС имеет такой уровень экранировки космического излучения, на котором положительный и отрицательный температурные эффекты почти компенсируют друг друга и температурная корреляция близка к нулю, а измеренное маленькое отрицательное значение хорошо согласуется с предсказаниями теории.