Исследования реакторных нейтрино на короткой базе

DANSS — это нейтринный спектрометр на основе пластмассовых сцинтилляторов с чувствительным объемом $1 м^{3}$, расположенный на четвертом энергоблоке Калининской АЭС. Подъемный механизм позволяет в режиме онлайн перемещать спектрометр на 2 метра по вертикали, обеспечивая диапазон измерений 11–13 м от реактора. Высокая степень сегментации детектора, использование комбинированной активной и пассивной защит обеспечивают подавление фона до нескольких процентов относительно регистрируемых ~5000 нейтриноподобных соб./сут.

Эксперимент νGeN направлен на исследование фундаментальных свойств нейтрино, в частности поиск магнитного момента нейтрино (ММН), упругого когерентного рассеяния нейтрино (УКРН) и других редких процессов. Спектрометр νGeN установлен под активной зоной реактора третьего энергоблока Калининской АЭС. Детектирование процессов рассеяния производится с помощью специально разработанного низкопорогового, низкофонового германиевого детектора. С помощью систем из активной и пассивной защиты от фонового излучения достигается низкий уровень фона в области поиска редких событий. Регистрация искомых событий позволяет осуществлять поиск Новой физики за пределами Стандартной модели, кроме того, может иметь и практическое значение, например при разработке детекторов нового поколения для мониторинга работы ядерного реактора по антинейтринному потоку.

RICOCHET – это реакторный нейтринный эксперимент нового поколения, направленный на исследование когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядрах с процентной точностью в области энергий ядер отдачи ниже 100 эВ, что может стать ключом к Новой физике в электрослабом секторе. До конца 2024 года планируется разместить установку вблизи исследовательского ядерного реактора Института Лауэ–Ланжевена (ILL). В RICOCHET будут использованы два массива криогенных детекторов: CRYOCUBE (германиевые детекторы-болометры, аналогичные используемым в эксперименте EDELWEISS) и Q-ARRAY (сверхпроводящий цинк).

Ожидаемые результаты по завершению проекта

• Основными целями эксперимента DANSS являются проверка гипотезы осцилляций реакторных антинейтрино в стерильное состояние и долгосрочный прецизионный мониторинг работы ядерного реактора с помощью измерения потока антинейтрино. В течение ближайших нескольких лет планируется создание усовершенствованной установки — DANSS-2. В результате модификации планируется улучшить энергетическое разрешение и увеличить объем детектора, что позволит повысить чувствительность эксперимента к стерильным нейтрино. Поиск осцилляций в легкое($\Delta m_{14}^{2} \sim 0,1-10$ эВ) стерильное нейтрино является одним из актуальных трендов фундаментальной нейтринной физики. Существование стерильного нейтрино могло бы объяснить ряд наблюдаемых противоречивых результатов, прежде всего реакторную и галлиевую (анти)нейтринные аномалии, и одновременно стать революционным открытием Новой физики. Реакторные эксперименты на короткой базе (<30 м) имеют ряд конкурентных преимуществ в подобной области исследований: гигантский поток антинейтрино от самых интенсивных доступных искусственных источников (анти)нейтрино на Земле и малое расстояние от источника излучения, на котором предполагаемый осцилляционный паттерн еще не размыт. Стоит отметить, что спектрометр DANSS является лидером среди установок подобного типа.
• В результате выполнения эксперимента νGeN ожидается впервые зарегистрировать когерентное рассеяние антинейтрино от реактора, улучшить чувствительность к обнаружению магнитного момента нейтрино до уровня ~ $1 × 10^{-11}$ mB после нескольких лет измерений, что позволит значительно улучшить современное ограничение.
• В эксперименте RICOCHET, согласно разработанной и экспериментально проверенной модели фона, статистическая значимость регистрации УКРН составит от 7,5 до 13,6 $\sigma$ после одного реакторного цикла в зависимости от эффективности мюонного вето. Через 10 реакторных циклов (3–5 лет измерений) ожидается достижение целевой ~1% точности. Это на порядок увеличит вероятность открытия Новой физики по сравнению с существующими экспериментами.