Проверка результата эксперимента Нейтрино-4 на уровне 5 стандартных отклонений благодаря созданию более чувствительного детектора в новой нейтринной лаборатории на реакторе СМ-3 и модернизации старого детектора

Нейтринные осцилляции – многократно наблюдавшийся на различных установках экспериментальный факт. Многие параметры осцилляций измерены с хорошей точностью. Но в целом ряде экспериментов на уровне достоверности 3-5σ наблюдались результаты, указывающие на неполноту описания смешивания, ограниченную тремя нейтрино. В нашем эксперименте Нейтрино-4 методом относительных измерений на реакторе СМ-3 перемещаемым детектором был обнаружен эффект осцилляций в стерильное состояние с параметрами Δm_14^2=(7.3±1.17) эВ^2, sin^2􀀀(2θ)=0.36±0.12_stat. Достоверность наблюдения осцилляционной зависимости после учёта поправок и систематических ошибок составила 2.9σ. Результат Нейтрино-4 согласуется с экспериментом BEST и галлиевой аномалией, при этом достоверность наблюдения осцилляций при совместном анализе экспериментов составляет 5.8σ - Главная проблема предыдущего эксперимента —плохое соотношение эффект фон (0.5) из-за космического излучения. В эксперименте Нейтрино-4 не были использованы возможности разделения по форме импульса сигналов от позитронов при регистрации антинейтрино и от протонов отдачи. Однако, соотношение эффект фон может быть улучшено в 3-4 раза за счёт сцинтиллятора с разделением сигнала по форме импульса и увеличения концентрации гадолиния для уменьшения случайных совпадений. Эта задача была решена совместно с НИЦ «Курчатовский институт»–ИРЕА. Было изготовлено ~10 м3 жидкого сцинтиллятора с в двое большим содержанием гадолиния и возможностью реализовать методику разделения сигналов. - В НИЦ «Курчатовский институт»–ИФВЭ была изготовлена новая активная защита, охватывающая детекторы с 5-ти сторон. - После измерений и МК моделирования был подобран оптимальный состав пассивной защиты (ПЗ): 4 см меди, 24 см полиэтилена с 5% бора и 3 мм резины с 40% бора вокруг детектора. Расчёты показали х в меди быстрых нейтронов от мюонов до 2х раз меньше по сравнению со свинцом. ПЗ была изготовлена в НИЦ «Курчатовский институт»–ПИЯФ. - Для более быстрого достижения необходимой статистической точности был увеличен объём детектора в 3 раза. Детектор состоит из 4-х модулей. - Новый детектор разделён на секции, каждая просматривается ФЭУ с двух сторон. Схема с двумя ФЭУ нужна для улучшения светосбора и уменьшение уровня шумов за счёт схемы совпадений. - В ПИЯФ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»–Прометей были разработаны и изготовлены магнитный экраны для ФЭУ, подавляющие магнитное поле Земли не менее, чем в 4.5 раза. - Была разработана система оптической калибровки и мониторинга стабильности детекторов с помощью источников света на основе кристаллов ГГАГ с альфа-источником Am-241. - В ПИЯФ были разработаны новые версии системы распределения высоковольтного напряжения и системы сбора данных для работы с быстрыми сигналами и увеличенным потоком данных. - В АО «ГНЦ НИИАР» были созданы условия для новой нейтринной лаборатории в помещении 170. Установлено подъёмно-транспортное оборудование. Модернизирован шибер. Установлена чугунная стена 2х3х0.25 м. Стена покрыта 18 см бор-полиэтилена. Результаты исследований для создания второй нейтринной лаборатории опубликованы в наше работе [1]. Перечисленные наработки позволили провести значительную модернизацию первой нейтринной лаборатории в помещении 162. Модернизация будет завершена до конца 2023 года и даст возможность за то же время набора данных (3 года), что в Нейтрино-4, достичь уровня достоверности ~4σ.Во второй нейтринной лаборатории практически осуществлён монтаж транспортной телеги и ПЗ (60 тонн). В ПИЯФ завершается изготовление электроники и калибровка 220 ФЭУ. Измерения во второй нейтринной лаборатории с новым детектором в 2.7 раза увеличат точность, что даст возможность после 2х лет набора данных получить уровень достоверности наблюдения осцилляций ~5σ, либо закрыть на этом же уровне существенную область параметров Δm_14^2, sin^2 2θ_14 . Независимые параллельные измерения в двух лабораториях разными детекторами на одном и том же реакторе будут в значительной мере способствовать повышению достоверности наблюдаемых эффектов.