中微子振荡唯象理论和低能太阳中微子实验中次级效应的研究

The phenomena of neutrino oscillation is one of the greatest discovery in particle physics in the last twenty years, it leads to the urgent request to extend the standard model of elementary particles directly, and also the research for the origin of neutrino mass and mixing. Since the neutrino oscillation experiments are still the key tooles in this area, our goal is to give a precise determination to the oscillation paraments,especially for the 13 mixing angle, through a global analysis of all the existed data from different types of neutrino oscillation experiments, and also the data sets to be published in the next few years; this will provide us same evidence for the research of neutrino mass models.Besides, illuminated by the anomalies in data sets of low energy bins of serveral solar neutrio experiments recently, we will check the reliability of the standard LMA-MSW scenario in the propogation of solar neutrinos using the furture experment results in the later several years, and search for the existence of sub-leading effects like four neutrino oscillation(including sterile neutrinos) and spin-flavour-procession(caused by the interaction of solar's magnetism field on neutrino's magnetic moment) in the propogation. We will also give a constrain on the physical parameters involved,like the parameters of four-neutrino oscillation and the magnitude of neutrino's magnetic moment, which can provide us some clues for the search of new physics beyond the stanard model.

中微子振荡现象是最近二十年来粒子物理领域中最重大的发现之一，它直接导致了扩展基本粒子标准模型的真切需求，以及对中微子质量起源和味混合机制的深入研究。目前，中微子振荡实验仍然是研究中微子质量和混合的最主要的实验手段，我们的研究旨在结合国内外各类中微子振荡实验的历史数据和最新进展进行全局分析，对振荡理论涉及的基本参数，尤其是13混合角进行精确限定，进而为中微子质量模型的研究提供唯象学依据。此外，针对近期太阳中微子实验中一些近低能区数据反常现象出现的趋势，我们将结合将来几年内即将完成的若干实验，在低能区对描述太阳中微子传播行为的LMA-MSW标准图像进行检验，判定传播中次级效应（主要考虑包含惰性中微子的四味中微子振荡效应和中微子磁矩-太阳磁场相互作用引起的自旋-味进动效应）存在的可能性，并对其涉及的物理参数（惰性中微子振荡参数和中微子磁矩）进行限定，为研究超出标准模型的新物理提供线索。

中微子振荡唯象理论是近二十年来粒子物理领域的一个重大突破，也是当前的前沿研究热点之一，综合不同类型的中微子实验对中微子振荡理论进行研究和限定是一项非常重要的任务。太阳中微子实验作为最早进行的一类中微子实验，在中微子振荡现象的发现和定量研究方面起到了至关重要的作用。随着国内外各类型中微子实验的开展和精度的不断提升，中微子振荡参数得到了越来越精确的测定，这使得我们有机会对实验中可能存在的次级效应如惰性中微子振荡、CP破缺、自旋味进动等进行研究。在2012年初，大亚湾中微子实验以极高的精度给出13混合角非零的结果，这一结果很好地弥合了当时太阳中微子实验数据和二味中微子振荡模型预期结果之间的差距，并不断在其他实验中得到了验证。本项目的主要研究内容为中微子振荡理论以及低能太阳中微子实验中的次级效应，获得的重要成果包括如下几个部分：（1）从理论上建立了包含Ns个惰性中微子的3+Ns味中微子振荡的一般性模型，并以此讨论太阳中微子在地球内传播时物质振荡效应所导致的流量昼夜不对称性，给出了3+1模型下的解析和数值模拟结果；（2）研究了包含CP破缺效应的3+Ns味振荡模型，在此基础上推广了太阳中微子在太阳内部传播的Parke公式，并给出了3+1模型下中微子生存几率的数值模拟结果。（3）综合太阳中微子实验和短基线中微子实验的最新数据进行全局分析，对三味中微子振荡以及惰性中微子振荡模型进行了讨论和限定。（4）编写了使用液体闪烁体探测低能太阳中微子的实验模拟程序，讨论了液闪提纯度和探测器埋藏深度对实验信噪比的影响，对不同实验方案的探测能力进行了研究，为将来的实验发展提供参考。