KamLAND 的反中微子科学

KamLAND 的主要目标是寻找遥远核反应堆发射的 $\bar{\nu}_{\rm e}$ 的振荡。其长基线（通常为 180 km）使 KamLAND 能够在实验室条件下用 $\bar{\nu}_{\rm e}$ 解决太阳中微子问题的振荡解。KamLAND 发现，在超过 9 $\sigma$ 置信水平 (C.L.) 下，观测到的反应堆 $\bar{\nu}_{\rm e}$ 事件数少于基于 $\bar{\nu}_{\rm e}$ 传播的标准假设所预期的数量。观测到的能谱在超过 5 $\sigma$ C.L. 下与预期的谱形不符，且更倾向于中微子振荡效应造成的畸变。在假定 CPT 不变性的情况下，对 KamLAND 数据以及 KamLAND + 太阳中微子实验数据进行三味振荡分析，得到 ${\Delta}{\rm m}^{2}_{21} = [{7.54}^{+0.19}_{0.18},\ {7.53}^{+0.19}_{0.18}]$ $\times {10}^{-5} {\rm eV}^{2}$，$\tan^{2} {\theta}_{12} = [{0.481}^{+0.092}_{-0.080},\ {0.437}^{+0.029}_{-0.026}]$，以及 ${\sin}^{2} {\theta}_{13} = [{0.010}^{+0.033}_{-0.034},{0.023}^{+0.015}_{-0.015}]$。除大混合角 (LMA) 区域外，太阳中微子问题的所有解均被排除。KamLAND 还展示了中微子振荡效应预期的周期性特征的近两个周期。KamLAND 对来自地球内部的反中微子（即所谓的地球中微子，geo $\bar{\nu}_{\rm e}$）进行了首次实验研究，并成功探测到了地球内部 $^{238}$U 和 $^{232}$Th 衰变产生的 geo $\bar{\nu}_{\rm e}$。假设球粒陨石的 Th/U 质量比，我们获得了来自 $^{238}$U 和 $^{232}$Th 的 ${116}^{+28}_{-27}$ 个 $\bar{\nu}_{\rm e}$ 事件，对应于 KamLAND 所在位置的 ${3.4}^{+0.8}_{-0.8} \times {10}^{6} {\rm cm}^{-2}{\rm s}^{-1}$ 的 geo $\bar{\nu}_{\rm e}$ 通量。我们利用观测到的地球中微子速率评估了各种大体积硅酸盐地球组成模型。