Experimental study of the atmospheric neutrino backgrounds for proton decay to positron and neutral pion searches in water Cherenkov detectors
首次用人工加速器中微子束研究了环形成像水切伦科夫探测器中质子衰变为正电子和中性π介子的大气中微子本底。总的来说，大约314，000个中微子事件对应于大约10兆吨-年的大气中微子相互作用，由1，000吨水切伦科夫探测器（KT）收集。KT带电电流单中性π介子产生数据很好地再现中微子和次级强子相互作用的模拟程序中使用的超级神冈（SK）质子衰变搜索。由SK的KT数据得到的能量低于3GeV的大气中微子的质子到正电子和中性π介子的本底率约为2个/兆吨年。这一结果也与未来可能的兆吨级切伦科夫水探测器有关。
2007-12-31 hep-ex
Maximum likelihood reconstruction of water Cherenkov events with deep generative neural networks
大型水切伦科夫探测器塑造了我们目前对中微子物理和核子衰变的知识，并将在可预见的未来继续这样做。这些高性能的探测器允许从其光电传感器上的信号中提取方向和拓扑以及量热信息。目前最先进的水切伦科夫重建方法依赖于最大似然估计，采用几个简化的假设，使问题易于处理。在本文中，我们描述了神经网络，在每个光电传感器的信号产生概率密度函数，给定一组输入，在检测器中的粒子的特征。与传统方法相比，我们提出的神经网络允许基于似然的事件重建方法，具有更少的假设，因此有望提高水切伦科夫探测器的当前性能。
2022-02-02 hep-ex
A non-QE signature of nu_e appearance in a water Cherenkov detector
我们认为，分析nu_e和bar{nu_e}诱导的CC反应nu_en--> e^-pi ^0 p和bar{nu}_e p --> e^+ pi ^0 n以及准弹性，可以显著提高水切伦科夫探测器对中微子能量~ 2 GeV的次领先振荡nu_mu --> nu_e和bar{nu}_mu --> bar{nu}_e的灵敏度，这些反应的中性流背景比准弹性反应的中性流背景小，并且可以通过重建碰撞的主顶点来进一步抑制。
2002-09-27 hep-ex
Precision measurement of solar neutrino oscillation parameters by a long-baseline reactor neutrino experiment in Europe
我们认为，太阳中微子振荡参数$Δm^2_{21}$和$θ_{12}$的测定通过研究反应堆反中微子发射的核电厂（主要位于法国）与安装在弗雷尤斯地下实验室的探测器的振荡。比较了147 kt基准质量掺0.1%钆的水切伦科夫探测器（MEMPHYS-Gd）和50 kt规模的液体闪烁探测器（LENA）的性能。在这两种情况下，经过一年的数据采集，$Δm^2_{21}$的$σ$不确定度低于3%，$\sin^2θ_{12}$的不确定度约为20%。日本的掺钆超级神冈探测器（SK-Gd）如果通过更长的SK-Gd数据采集时间来补偿1：7的SK/MEMPHYS基准质量比，则可以达到类似的精度。由MEMPHYS-Gd或LENA收集的几年的反应堆中微子数据将允许在3 $σ$处分别以大约1%和10%的不确定性确定$Δm^2_{21}$和$\sin^2θ_{12}$。这些精度与长基线超束实验中测量大气中微子振荡参数$Δm^2_{31}$和$\sin^2θ_{23}$的精度相当。
2006-07-13 hep-ex hep-ph
Search for Proton Decay via p -> e+ pi0 in a Large Water Cherenkov Detector
我们已经使用来自超级神冈探测器的25.5千吨年曝光的数据搜索了通过p -> e+ pi 0的质子衰变。我们发现没有候选事件与预期的背景引起的大气中微子的0.1事件。根据这些数据，我们将质子部分寿命的下限设定为90%置信水平下的1.6E33年。
1998-06-16 hep-ex
Background Study on nu_e Appearance from a nu_mu Beam in Very Long Baseline Neutrino Oscillation Experiments with a Large Water Cherenkov Detector
利用加速器产生的中微子束进行甚长基线中微子振荡实验，以探测最后三个未测到的中微子振荡参数：混合角θ_13、可能的CP破坏相delta_CP和质量等级，即delta-m^2_32的符号，这一点越来越受到人们的关注。水切伦科夫探测器，如IMB，Kamiokande和Super-Kamiokande已经证明在探测中微子相互作用方面非常成功。扩大这项技术的规模可能会继续为下一代实验提供所需的性能。本文介绍了新一代（> 100 kton）水切伦科夫探测器的最新研究成果，该探测器可以有效地用于探测由中微子振荡nu_mu -> nu_e引起的nu_e事件，尽管中性流相互作用产生的π ^0事件会产生很大的潜在背景。
2011-02-23 hep-ex
Feasibility of a Next Generation Underground Water Cherenkov Detector: UNO
研究了下一代地下水切伦科夫探测器的可行性，并提出了概念设计（UNO）。该设计具有总体积为650千吨的线性探测器配置，是Super-Kamiokande探测器总体积的13倍。这相当于物理分析的基准体积增加了20倍。UNO的物理学目标是将寻找核子衰变的灵敏度提高约10倍，并对太阳和大气中微子特性进行精确测量。此外，超新星中微子的探测灵敏度将远达仙女座星系。
2000-05-31 hep-ex
Expected performance of a water Cherenkov detector for reactor antineutrino--electron scattering
Chung-Ang University（中央大学）；Chonnam National University（全南国立大学）；Jeju National University（济州国立大学）
该研究评估了RENO近站点170吨水切伦科夫探测器的性能，通过两种触发场景得到反应堆能谱归一化的百分级不确定度，证明其方向信息可实现百分级灵敏度。
2026-08-26 hep-ex
Search for proton decay through p->\barν K^+ in a large water Cherenkov detector
我们目前的搜索质子衰变，$p \to \barν K^+$，使用的数据从33千吨$\cdot$年曝光的超级神冈探测器的结果。研究了K介子的两种衰变模式：$K^+ \to μ^+ ν_μ$和$K^+ \to π^+ π^0$。这些数据与大气中微子的预期背景一致，因此质子$τ/ B(p \to \barν K^+)$部分寿命的下限在90%置信水平下为$6.7 \times 10^{32}$年。
1999-04-21 hep-ex
Search for Proton Decay via p -> e^+ pi^0 and p -> mu^+ pi^0 in a Large Water Cherenkov Detector
我们利用超级神冈-I和超级神冈-II的91.7千吨/年和49.2千吨/年的数据，通过p -> e^+ pi^0和p -> mu^+ pi^0寻找质子衰变。没有观察到候选事件与预期的背景引起的大气中微子的0.3事件的每个衰变模式。根据这些结果，我们将p -> e^+ pi^0和p -> mu^+ pi^0模式的部分寿命下限分别设定为8.2 $\times10^{33}$和6.6 $\times10^{33}$年，置信水平为90%。
2009-04-09 hep-ex
Water Cherenkov Detectors in Precision Agriculture: A Novel Approach for High-Resolution Soil Moisture Monitoring
Universidad Autónoma de Bucaramanga（布卡拉曼加自治大学）；Universidad Industrial de Santander（桑坦德工业大学）；Centro Atómico Bariloche（巴里洛切原子中心）；Instituto Balseiro（巴尔塞罗研究所）；CNEA（国家原子能委员会）；Universidad de Los Andes（洛斯安第斯大学）
利用水切伦科夫探测器进行高分辨率土壤湿度监测，通过宇宙射线中子传感提供非侵入式、高精度的农业用水优化方案。
2026-01-24 hep-ex
Search for nucleon decay into charged antilepton plus meson in 0.316 megaton$\cdot$years exposure of the Super-Kamiokande water Cherenkov detector
我们利用超级神冈（SK）I-IV数据，对应于0.316兆吨$\cdot$年的曝光量，研究了质子衰变成带电反轻子（$e^+$，$μ^+$）加介子（$η$，$ρ^0$，$ω$）和中子衰变成带电反轻子（$e^+$，$μ^+$）加介子（$π^-$，$ρ^-$）。这一测量更新了先前公布的结果，使用了2.26倍的数据和改进的分析方法。没有显著的证据表明核子衰变已被观察到，并得到较低的限制部分寿命的核子。在90%置信水平下，限值范围为3 $\times$ 10 $^{31}$至1 $\times$ 10 $^{34}$年，取决于衰变模式。
2017-05-19 hep-ex
The Long Baseline Neutrino Experiment (LBNE) Water Cherenkov Detector (WCD) Conceptual Design Report (CDR)
为长基线中微子实验远探测器的水切伦科夫探测器选项编写的概念设计报告。
2012-04-10 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Performance study of 4-MU-loaded water for Cherenkov light detection
Institute for Basic Science（基础科学研究院）；Korean Institute of Geoscience and Mineral Resources（韩国地球科学与矿产资源研究所）
4-MU通过增强光子收集效率和波长转换，显著提高了水切连科夫探测器的光子检测效率，尤其在1ppm浓度下提升了约三倍。
2026-02-02 hep-ex physics.ins-det
A new design for the CERN-Fréjus neutrino Super Beam
在CERN的HP-SPL基础上，提出了一种低能高强度常规中微子束（Super-Beam）的强子聚焦系统，束流功率为4 MW，能量为4.5GeV。远探测器将是一个440千吨的水切伦科夫探测器（MEMPYS），位于Fréjus场址130公里的基线处。中微子通量模拟依赖于一个新的GEANT 4为基础的模拟加上优化算法的基础上最大化的灵敏度限制的$θ_{13}$混合角。本文提出了一种采用多喇叭系统的新结构，该结构可以提高对$θ_{13}$和CP破坏相位$δ_{CP}$的灵敏度。
2011-06-06 hep-ex physics.acc-ph
Study on single-channel signals of water Cherenkov detector array for the LHAASO
计划在中国四川稻城建立一个大型高空空气簇射观测站。水切伦科夫探测器阵列（WCDA）面积为78，000平方米，容量为350，000吨纯净水，是LHAASO项目的主要组成部分之一。为了全面了解水切伦科夫技术和研究WCDA的工程问题，在中国西藏羊八井建造了一个9单元探测器原型阵列。在本文中，速率和单通道信号的电荷分布进行了评估，使用一个完整的详细的蒙特卡罗模拟。最后对实验结果进行了讨论，并与原型阵列进行了比较。
2017-02-09 hep-ex physics.ins-det
Study of the water Cherenkov detector with high dynamic range for LHAASO
大型高海拔空气簇射观测站（LHAASO）正在中国四川海子山海拔4410米处建成。其主要目标之一是通过其地面水切伦科夫探测器阵列（WCDA）调查北部天空的甚高能量（100 GeV以上）伽马射线源。WCDA的尺寸为78000 $m^2$，由3120个水探测器单元组成，分为3个水池。北京滨松光子技术有限公司的半球形8英寸光电倍增管（PMT）CR 365 -02-1。(BHP)安装在第一水池的每个单元的底部中心，以收集空气簇射粒子穿过水产生的切伦科夫光。包括WCDA的技术设计、CR 365 -02-1高动态范围底座的设计、PMT测试系统的设计以及997台PMT的测试结果。
2020-09-27 hep-ex physics.ins-det
Using Fast Photosensors in Water Cherenkov Neutrino Detectors
中微子物理学中许多尚未解答的问题，如轻子扇区中的CP破坏或中微子质量等级，可以通过更高灵敏度的中微子实验来回答。基于微通道板的新型光电探测器正在由大面积皮秒光电探测器（LAPPD）协作组开发。这些光电传感器已被证明具有出色的空间和定时分辨率。将这些器件应用于大质量水切伦科夫探测器中，可以显著提高中微子的顶点分辨率，增强中微子振荡实验的背景抑制。我们目前的初步结果，在水中的单粒子的重建能力切伦科夫探测器使用快速光电传感器。
2013-10-09 hep-ex physics.ins-det
Kinematic reconstruction of atmospheric neutrino events in a large water Cherenkov detector with proton identification
我们报告的超级神冈探测器的质子识别方法的发展。这个新的工具被应用到搜索事件与一个单一的质子轨道，一个高纯度的中性电流样品的兴趣无菌中微子搜索。在使用神经网络进行选择后，我们在SK-1和SK-II组合数据中观察到38个事件，对应于2285.1天的暴露，估计信号与背景比为1.6比1。质子识别也适用于直接搜索的荷电准弹性（CCQE）事件，获得高精度的样品完全运动学重建的大气中微子，这是以前没有报道的水切伦科夫探测器。该样本的CCQE分数为55%，其中微子（与反中微子相反）分数为91.7+/-3%。我们在SK-1和SK-II数据集中选择了78个mu样事件和47个e样事件。有了这些数据，一个明确的天顶角扭曲的中微子方向本身的亚GeV的μ子中微子的样品中的轻子角相关入射中微子是弱的。我们使用CCQE样品的中微子L/E分布单独拟合nu_mu->nu_tau振荡，产生了与我们以前的结果相容的宽接受区域，并且排除了3 σ处的无振荡假设。
2009-06-09 hep-ex
Application of machine learning techniques to lepton energy reconstruction in water Cherenkov detectors
应用机器学习技术的水切伦科夫探测器中的轻子能量的重建进行了讨论，并说明了TITUS，建议的超神冈实验的中间检测器。据发现，应用这些技术导致超过50%的改进，在所有轻子能量的能量分辨率相比，基于查找表的方法。机器学习技术可以很容易地应用于不同的检测器配置，其结果与目前使用的基于似然函数的技术相当。
2018-02-24 hep-ex physics.ins-det
Using Geometric Deep Learning for the Detection of the Diffuse Supernova Neutrino Background in Water-Cherenkov Detectors
Ecole Polytechnique, IN2P3-CNRS, Laboratoire Leprince-Ringuet（巴黎综合理工学院，法国国家科学研究中心IN2P3，勒普朗斯-林格特实验室）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, University of Tokyo（东京大学宇宙线起源研究机构（WPI），东京大学高等研究院，东京大学）
本研究将图神经网络（GNN）用于Hyper-Kamiokande类水切伦科夫探测器的弥散超新星中微子背景（DSNB）探测，开发了能量恢复模型与信号-本底分类器，性能达当前最先进水平。
2026-10-09 hep-ex
Search for Proton Decay via $p \to e^+π^0$ and $p \to μ^+π^0$ in 0.31 megaton$\cdot$years exposure of the Super-Kamiokande Water Cherenkov Detector
我们使用1996年4月至2015年3月的Super-Kamiokande数据，通过$p \rightarrow e^{+} π^{0}$和$p \rightarrow μ^{+} π^{0}$搜索了质子衰变，总共暴露了30.6兆吨$\cdot$年。通过标记与中微子相互作用有关的中子，超级神冈四号的大气中微子本底率几乎降低到第一-第三阶段的一半。通过引入选择氢原子中质子衰变的新信号标准，进一步增强了质子寿命的范围。在$p \rightarrow e^{+} π^{0}$检索中未发现候选药物。已观察到两个通过$p \rightarrow μ^{+} π^{0}$的所有选择标准的候选物，但这些与背景事件的预期数量0.87一致。质子寿命的下限设定为$τ/B(p \rightarrow e^{+} π^{0}) > 1.6 \times 10^{34}$年和$τ/B(p \rightarrow μ^{+} π^{0}) > 7.7 \times 10^{33}$年，置信水平为90%。
2016-12-21 hep-ex
Qualification tests of 997 8-inch photomultiplier tubes for the water Cherenkov detector array of the LHAASO experiment
大型高海拔空气簇射观测站（LHAASO）正在中国四川省海子山海拔4410米处建造。其主要目标之一是通过其地面水切伦科夫探测器阵列（WCDA）调查北部天空的甚高能伽马射线源。北京滨松光子技术股份有限公司的900个8英寸光电倍增管（PMT）CR 365 -02-1。(BHP)安装在WCDA中，收集空气簇射粒子穿过水产生的切伦科夫光子。本文介绍了CR 365 -02-1型光电倍增管大动态范围基座的设计、光电倍增管批量测试系统的设计以及对997台光电倍增管的测试结果。
2021-03-26 hep-ex physics.ins-det
A novel water-Cherenkov detector design with retro-reflectors to produce antipodal rings
自神冈德以来，水切伦科夫探测器的基本设计没有改变：水箱的墙壁上排列着光电探测器，它们捕获相对论粒子产生的切伦科夫光子。然而，利用这种设计，大部分光子在光电探测器之间的不敏感区域中丢失，而同时大多数光电探测器在环外部并且保持黑暗。为了同时解决这两个问题，我们建议在所有光电探测器之间安装回射器。这些装置将未收集的光子反射回通过其发射点到在坦克的另一侧的光电探测器，产生二次，延迟切伦科夫环。数值模拟表明，由于这种对映环的视差效应，我们的系统可以产生高达2倍的提高探测器的顶点和角度分辨率。这种改进将有利于多环事件的运动学选择，并且将通过减少所需光电探测器的数量来降低探测器成本。
2018-08-29 hep-ex physics.ins-det
Muon Detection and Direction Reconstruction with the Upgraded 1-ton Water Cherenkov Prototype Detector at CJPL-I
Tsinghua University（清华大学）；Lanzhou University（兰州大学）
该研究升级了锦屏中微子实验的1吨水切伦科夫原型探测器，采用60个MCP-PMT，测得μ子通量为(3.55±0.43±0.28)×10⁻¹⁰ cm⁻²s⁻¹，方向重建精度提升至6°，并识别出罕见上行μ子事件。
2026-09-29 hep-ex
The physics impact of proton track identification in future megaton-scale water Cherenkov detectors
在本文中，我们调查的影响，在未来的兆吨级水切伦科夫探测器识别质子切伦科夫环。我们估计的预期事件率检测中性电流和带电电流准弹性中微子相互作用的大气中微子在兆吨级的超级神冈探测器与40%和20%的光阴极覆盖。利用这个样品，我们研究了测量中微子振荡模式和寻找不育中微子的前景。我们还确定了选定的带电电流准弹性样品的大小在300千吨的基准量超神冈的检测器从传统的超级光束和β-光束的例子中提出的文献。通过这些样本，证明了使用出射质子进行完整的运动学中微子重建可以提高重建的能量分辨率，并提供良好的中微子与反中微子标记能力，为未来项目中的水切伦科夫探测器增加了重要的能力。我们确定必要的光束参数，利用这种技术和中微子和反中微子选择效率的分布。
2009-11-12 hep-ex hep-ph
Neutrino Characterisation using Convolutional Neural Networks in CHIPS water Cherenkov detectors
本文提出用卷积神经网络处理CHIPS水切伦科夫探测器原始事例，实现宇宙线缪子排除、束流事例分类和中微子能量估计，性能显著优于传统似然重建和简单神经网络分类。
2022-06-29 hep-ex physics.ins-det
Optical surface reflectivity characterization in water Cherenkov detectors: methodologies and industrial applications
本文提出一种基于测角仪的水切伦科夫探测器表面反射率表征方法，解决空气与水介质中的测量难题，并探讨BRDF测量的工业应用价值。
2025-04-01 hep-ex physics.ins-det physics.optics
Probing supernova shock waves and neutrino flavor transitions in next-generation water-Cherenkov detectors
目前的几个项目旨在建造一个大型水切伦科夫探测器，其基准体积比目前的超级神冈实验大20倍。这些项目包括亨德森矿（科罗拉多州）的地下核子衰变和中微子观测站（UNO），Tochibora矿（日本）的Hyper-Kamiokande（HK）探测器，以及Frejus站点（欧洲）的兆吨级物理学（MEMPHYS）探测器。我们研究的物理潜力的参考下一代探测器（0.4兆吨的基准质量）在提供信息的超新星中微子味过渡与前所未有的统计。在讨论了我们的计算的成分，我们计算中微子事件率从逆β衰变（$\barν_e p\to e^+ n $），电子的弹性散射，并在氧散射，强调其时间谱，这可能编码组合信息的中微子振荡参数和超新星的前向（可能是反向）冲击波。特别是，我们表明，适当比例的低到高的能量事件可以忠实地监测沿冲击波剖面的中微子穿越概率的时间演化。我们还讨论了一些背景问题的超新星遗迹中微子的检测，添加和不添加钆。
2005-03-10 astro-ph hep-ex hep-ph
Machine Learning-based Energy Reconstruction for Water-Cherenkov detectors
Hyper-Kamiokande（Hyper-K）是一个新一代地下水切伦科夫（WCh）实验。远探测器将测量来自长基线中微子实验的振荡中微子通量，该实验使用J-PARC的1.3 MW质子束产生的0.6 GeV中微子。它有一个广泛的物理学和天体物理学计划，主要集中在轻子中微子混合矩阵和CP不对称性的精确测量。非振荡中微子通量将由中间WCh探测器测量。提议的设计之一是东海非振荡频谱中间罐（TITUS）。WCh探测器装有光电倍增管，用于探测中微子相互作用产生的带电粒子发出的切伦科夫光。光的检测用于测量带电粒子的能量、位置和方向。我们提出了基于机器学习的方法来重建WCh探测器中带电粒子的能量，并给出了我们对TITUS配置的结果。
2017-04-28 hep-ex physics.ins-det
Developing the radium measurement system for the water Cherenkov detector of the Jiangmen Underground Neutrino Observatory
江门地下中微子观测站拟采用20~ k吨液体闪烁探测器测定中微子质量等级。对探测器的所有组件都提出了严格的放射性纯度要求。根据MC模拟结果，切伦科夫探测器的水氡浓度应小于200 mBq/m $^3$。氡的前身镭也应该得到认真考虑。为了测量水中的镭浓度，研制了一套由镭提取系统、氡射气室和氡浓度测量系统组成的镭测量系统。本文介绍了一天测量灵敏度为$\sim$ 5~mBq/$^3$的气体氡浓度测量系统的改进情况，以及一天测量灵敏度为$\sim$ 23~mBq/$^3$的水中镭浓度测量系统的研制情况和大亚湾水样的测量结果。
2020-05-27 astro-ph.IM hep-ex
Uncovering the neutrino mass ordering with the next galactic core-collapse supernova neutrino burst using water Cherenkov detectors
本研究针对中微子质量序测定难题，利用水切伦科夫探测器分析八种核心坍缩超新星模型的轻子分布差异对质量序判定的影响，发现结果均为正确或无定论、无显著假阳性，同时强调了超新星建模研究的重要性。
2023-07-06 astro-ph.IM hep-ex
Cherenkov and Scintillation Separation in Water-Based Liquid Scintillator using an LAPPD
本文描述了水基液体闪烁器（WbLS）的测量，演示了使用大面积皮秒光电探测器（LAPPD）的快速定时响应分离切伦科夫和闪烁成分。此外，三个WbLS混合物的时间曲线，定义的相对分数的闪烁化合物，其特征在于，具有提高的灵敏度闪烁上升时间。使用LAPPD和传统的光电倍增管（PMT）进行测量。所有样品都以有效分辨率O（100 ps）测量，这允许通过单独选择光子的到达时间来分离切伦科夫和闪烁光（此后称为C/S分离）。所选光子的切伦科夫纯度在所有情况下都大于60%，其中对于含有1%闪烁体的样品实现大于80%。这是第一次展示合成低光产额光放大器的能力，其中WbLS是典型的例子，具有快速光电探测器，其中LAPPD是新兴的领导者，并对未来的中型和大型探测器有直接的影响，如Theia，ANNIE和AIT/NEO。
2021-10-25 hep-ex physics.ins-det
Estimation of Temporal Muon Signals in Water-Cherenkov Detectors of the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory
Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Czech Technical University in Prague, FNSPE（布拉格捷克理工大学FNSPE）；Observatorio Pierre Auger（皮埃尔·奥热天文台）
本文利用循环神经网络估计水切连检测器中缪子信号，以研究超高能宇宙射线的质量组成。
2025-12-12 astro-ph.IM hep-ex
Using Machine Learning to Improve Neutron Identification in Water Cherenkov Detectors
像Super-Kamiokande和下一代Hyper-Kamiokande这样的水切伦科夫探测器正在向水中添加钆，以提高中子的探测能力。除了中微子相互作用中的轻子外，通过探测中子，可以预期中微子和反中微子之间的分离得到改善，质子衰变搜索的背景也会减少。中子信号本身仍然很小，可能会与μ子散射和其他背景源混淆。本文采用机器学习技术优化Hyper-K新型中间水切伦科夫探测器（IWCD）的中子俘获探测能力。特别是，开发了增强决策树（XGBoost），图卷积网络（GCN）和动态图卷积神经网络（DGCNN）模型，并对基于统计可能性的方法进行了基准测试，实现了高达10%的分类准确性提高。还从数据集中设计了特征特征，并使用SHAP（SHapley Additive exPlanations）进行分析，以深入了解影响事件类型结局的关键因素。本研究中使用的数据集由大约160万个模拟粒子枪事件组成，几乎平均分配在中子捕获和背景电子源之间。
2022-06-26 hep-ex physics.ins-det
Tackling the muon identification in water Cherenkov detectors problem for the future Southern Wide-field Gamma-ray Observatory by means of Machine Learning
Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP)（粒子实验物理与仪器实验室）；Instituto Superior Técnico (IST), Universidade de Lisboa（里斯本大学高等理工学院）；University of Granada（格拉纳达大学）
本文提出了几种方法来处理水切伦科夫探测器中识别μ子的问题，减少了水的体积和4个光电倍增管。使用不同的角度的信息表示和新功能的工程使用特定的领域知识。结果表明，这些新特征与卷积层相结合，能够实现良好的性能，避免过拟合，并能够适当地推广测试集。研究结果还证明，最先进的机器学习分析技术与低水深的水切伦科夫探测器相结合，可以有效地识别μ子，由于减少了高海拔地区所需的水量，这可能会节省巨额投资。这一成果可用于进一步的研究，能够区分γ和强子诱导的簇射使用μ子作为判别。
2021-01-28 cs.LG hep-ex physics.ins-det
Prospects for a Multi-TeV Gamma-ray Sky Survey with the LHAASO Water Cherenkov Detector Array
水切伦科夫探测器阵列（WCDA）是大型高空空气簇射阵列天文台（LHAASO）的主要组成部分，LHAASO是目前正在建设的具有前所未有灵敏度的新一代宇宙射线实验。WCDA旨在研究TeV $γ$射线。为了评估用WCDA寻找TeV $γ$射线源的前景，本文提出了一种全天空方法对WCDA对TeVCat（脚注：http://tevcat.uchicago.edu）的TeV $γ$射线源的一年灵敏度的预测。出128 TeVCat源可观察到的WCDA的天顶角$45^\circ$，我们估计，42将可检测到一年的观测中位能量为1 TeV。其中大部分是银河系源，河外源是活动星系核。
2020-02-12 astro-ph.HE hep-ex
Characterization of water-based liquid scintillator for Cherenkov and scintillation separation
本文介绍了由线性烷基苯（LAB）和2，5-二苯基恶唑（PPO）配制的水基液体闪烁体的闪烁光产额和时间分布的测量。我们发现闪烁光输出与水中液体闪烁体浓度在1 - 10%之间呈线性关系，斜率为127.9 ± 17.0 ph/MeV/浓度，截距值为108.3 ± 51.0 ph/MeV，后者说明浓度小于1%时的非线性。这比从纯液体闪烁体光产额的简单外推所预期的要大。所测得的时间曲线比纯液体闪烁体的时间曲线快，上升时间小于250 ps，瞬发衰减常数在2.1-2.85ns范围内。此外，切伦科夫和闪烁光之间的分离使用宇宙μ子在CHESS实验中为每种配方进行量化，证明了在厘米尺度上的分离的改善。最后，我们简要讨论了大规模探测器的前景。
2020-09-23 hep-ex physics.ins-det
Research and Development for a Gadolinium Doped Water Cherenkov Detector
提出的将可溶性钆（Gd）化合物引入到水切伦科夫探测器中可以导致用于探测Gd上捕获的自由中子的高效率。这些捕获产生的延迟的8 MeV伽马级联，与即时正电子信号一致，用于唯一地识别通过逆β衰变相互作用的电子反中微子。这种符合探测可以减少背景，允许大型Gd增强水切伦科夫探测器首次观测超新星遗迹中微子和日本反应堆反中微子通量的高精度测量，同时仍然允许所有当前的物理研究继续进行。现在，一个专门的Gd测试设施正在神冈矿运行。这个新设施拥有成功操作Gd掺杂水切伦科夫探测器所需的一切。该设施的成功运行将证明，向SK中添加Gd盐对探测器是安全的，并且能够提供预期的物理益处。
2012-01-04 astro-ph.IM astro-ph.SR hep-ex
Reconstructing the direction of reactor antineutrinos via electron scattering in Gd-doped water Cherenkov detectors
以最近提出的WATCHMAN反中微子实验为基线模型，研究了在掺钆水切伦科夫探测器中反中微子电子弹性散射确定核反应堆反中微子通量方向的可能性.预期的散射率确定假设一个13公里的距离从3.758 GWt轻水核反应堆和探测器响应建模使用Geant 4为基础的模拟包。通过独立的模拟和缩放来自类似探测器的已发表测量结果来估计背景。背景贡献估计太阳中微子，错误识别的反应堆为基础的逆β衰变相互作用，宇宙成因放射性核素，水载氡，和伽马射线的光电倍增管（PMT），检测器的墙壁，和周围的岩石。我们表明，使用低背景PMT和足够的fiducialization，水载氡和宇宙成因放射性核素构成最大的威胁的敏感性。然后分析了方向灵敏度作为氡污染，探测器深度和探测器尺寸的函数。结果提供了一个列表的实验条件，如果在实践中得到满足，将使反中微子定向重建在3 $σ$的意义，在大型钆掺杂水切伦科夫探测器与大于10公里的距离从核反应堆。
2016-12-17 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Attenuation study for Tibet Water Cherenkov Muon Detector Array-A
在37 000 m2的西藏空气簇射阵下，对西藏水切伦科夫μ子探测器阵列-A（Tibetan MD-A）的长电缆信号衰减进行了在线标定。基于光电倍增管（R3600_06）与信号电缆的防水连接，以及高压分压器的特点，提出了终端反射法测量信号衰减，并给出了消除脉冲基线（基座）影响的实用方法。利用开口电缆对终端反射法与QDC（Charge-to-Digital Conversion）数据采集法进行了对比测量，证实终端反射法是一种快速、方便的方法，适合于西藏MD-A信号衰减的在线标定。在26 \degree C时，永久连接到PMT的250 m电缆的实测衰减系数约为13.9%。同时，利用正弦信号测量了电缆的频率响应，通过傅里叶分析，可以研究西藏MD-A探测器产生的实际信号的时间色散。
2011-08-14 hep-ex physics.ins-det
The Potential of Water-Cherenkov Air Shower Arrays for detecting transient sources of high-energy astrophysical neutrinos
本文研究水切伦科夫空气簇射阵列探测10 GeV至100 TeV高能中微子瞬变源的能力，提出利用站点双面光传感器、信号时间特征与机器学习的方法，并证明其与IceCube及Hyper-Kamiokande等实验具有互补性。
2024-06-13 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Prospects for CHIPS (R&D of Water Cherenkov Detectors in Mine Pits)
CHIPS是一个研发计划，专注于设计和建造一个具有成本效益的大型水切伦科夫探测器（WCD），以研究使用加速器束的中微子振荡。具有低能量阈值的传统WCD已经被建造在特别大的地下洞穴中。这种设施的民用建设是昂贵的，挖掘阶段显着延迟探测器的安装，虽然，在最后，它提供了一个良好的屏蔽设备与多功能的物理程序。使用为LBNE WCD（arXiv：1204.2295）开发的概念，我们建议将探测器安装在深水水库中，这避免了挖掘，并利用加速器中微子束的方向性来优化探测器。在LOI（arXiv：1307.5918）之后，我们在明尼苏达州的一个矿井中浸没了一个小型测试探测器，距离NuMI轴7 mrad。通过采用IceCube和KM 3 NeT实验的一些技术思想和解决方案，我们现在专注于设计一个大型（10 - 20 kt）隔离水容器，以容纳具有水下读出和触发的光电探测器。在这里，我们更详细地描述了CHIPS的概念，其物理动机和潜力，我们简要介绍了正在进行的研发活动
2015-04-30 hep-ex physics.ins-det
Variational Autoencoders for Generative Modelling of Water Cherenkov Detectors
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；TRIUMF；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
物质-反物质不对称性是物理学中尚未解决的主要问题之一，可以通过当前和下一代中微子振荡实验中电荷宇称对称性破坏的精确测量来探索。在这项工作中，我们展示了变分自动编码器和归一化流的能力，以近似这些实验中常用的水切伦科夫探测器的模拟数据的生成分布。我们研究了这些方法的性能及其适用于半监督学习和合成数据生成。
2019-11-01 cs.LG hep-ex physics.ins-det
Toward the Detection of Relativistic Image Doubling in Water Cherenkov Detectors
当伽马射线或宇宙射线撞击地球大气层的顶部时，一簇次级粒子向地表移动。这些次级粒子中的一些是带电的μ子，随后进入地面上的水切伦科夫探测器（WCD）。这些μ子中的许多在真空中以接近光速的速度运动，在水中的运动速度比光速快，因此在WCD中触发各向同性的切伦科夫辐射。在许多WCD内部是检测这种切伦科夫辐射的光电倍增管（PMT）。当μ子朝向PMT的速度的径向分量从超光速下降到亚光速时，PMT将记录来自一种鲜为人知的光学现象的切伦科夫光，称为相对论性图像倍增（RID）。如果RID探测光电倍增管被高分辨率录像机取代，他们会看到两个μ子的切伦科夫图像突然出现在坦克内部，一个图像以速度分量向录像机移动，另一个则远离。即使没有视频，RID现象也会导致不同的PMT记录相同μ子的明显不同的光变曲线。在本文中，我们提出了一项研究，希望能激发明确的检测和报告的RID的影响，在WCD。我们考虑三个例子的情况下，μ子RID在高海拔水切伦科夫（HAWC）的系统：垂直，水平和倾斜。蒙特卡罗模拟表明，在HAWC类系统中的RID效应并不罕见-它们发生在所有μ子轨道的85%以上。
2020-10-07 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Enhancing Neutrino Reconstruction in Water-Cherenkov Air Shower Arrays Using Multi-Photosensors
本文证明配备多PMT模块的水切伦科夫探测器结合Transformer模型，可将高能中微子方向重建精度提升至约10度张角，并减少饱和效应，适用于多信使瞬变源监测。
2025-08-07 astro-ph.HE hep-ex
Search for Gamma-ray Spectral Lines from Dark Matter Annihilation in Dwarf Galaxies with the High-Altitude Water Cherenkov Observatory
本地矮球状星系（dSphs）是附近的暗物质占主导地位的系统，使它们成为寻找伽马射线粒子暗物质相互作用的理想目标。如果暗物质湮灭或直接衰变为两条伽马射线（或一条伽马射线和一条中性粒子），就会产生一条单色谱线。在TeV的能量下，没有其他过程会产生谱线，这使得它成为一个非常干净的间接暗物质搜索通道。随着逐事件能量重建技术的发展，我们现在可以用高海拔水切伦科夫（HAWC）天文台搜索谱线。HAWC是一种位于墨西哥中部的宽视场测量仪器，可观测100 TeV的伽马射线<1 TeV to >。在这项工作中，我们提出了最近的搜索结果谱线从本地，暗物质占主导地位的矮星系使用1038天的HAWC数据。我们还提出了更新的限制，在以前的出版物中报道的几个连续通道。我们的伽马射线谱线的限制是迄今为止获得的最具约束力的20 TeV至100 TeV。
2019-12-11 astro-ph.HE hep-ex
On the role of radiative losses in energy scale of large liquid scintillator and water Cerenkov detectors
本文的范围是了解辐射损失在探测器能量标度在5-100 MeV的能量的作用，并估计它们在大型液体闪烁体和切伦科夫探测器中产生的非线性效应。为此，建立了广义能量标度探测器模型，并利用玩具蒙特卡罗模拟对探测器响应进行了模拟。有人发现，非线性成比例地增长到总的光输出的切伦科夫光的相对分数达到最大的纯水切伦科夫探测器。这种效应一般随能量的增加而增加，然后在更高的能量下饱和。在所有类型的探测器的5-10 MeV能量区域中，以及在具有低切伦科夫光分数（<10%）的闪烁探测器中的5-100 MeV能量区域中，非线性估计为亚百分比效应。同时，在纯水切伦科夫探测器中，对50 - 100 MeV的电子，它可以达到5%的数量级。据推测，这种效应可能有助于观察到的反应堆中微子光谱的差异。目前的分析表明，影响是相当小的，以产生显着的差异，在观察到的反应堆中微子光谱。尽管它仍然可能与上述能量范围内的精确测量和唯象分析相关。
2018-08-22 hep-ex physics.ins-det
Mass hierarchy discrimination with atmospheric neutrinos in large volume ice/water Cherenkov detectors
大质量的冰/水切伦科夫实验，优化检测低能量（1-20 GeV）的大气中微子，有可能区分正常和倒置的中微子质量层次。灵敏度取决于几个模型和探测器参数，如中微子通量分布和归一化，地球密度分布，振荡参数的不确定性，以及探测器的有效质量和分辨率。一个适当的评价群众阶层的歧视权力需要一个强大的统计方法。在这项工作中，玩具蒙特卡洛，基于扩展的未分组似然比检验统计量，被使用。然后研究了每个模型和探测器参数以及所需探测器曝光的影响。虽然地球密度和大气中微子通量廓线的不确定性对质量等级区分的影响很小，但通量归一化以及一些振荡参数（Δm^2_{31}，θ_{13}，θ_{23}和δ_{CP}）的不确定性和相关性是至关重要的。最后，还研究了探测器所需的最小曝光量、低能阈值的优化以及探测器的分辨率。
2013-03-14 hep-ex hep-ph
A water Cherenkov detector prototype for future high-energy tau-neutrino experiment
针对现有探测器在高能τ中微子探测上角分辨率与灵敏度不足的问题，提出模块化水切伦科夫探测器原型，利用峡谷地形屏蔽宇宙线，实验室验证其对MIP粒子探测效率>99%、时间分辨率<2ns，为未来τ中微子实验奠定基础。
2025-08-25 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Prospects for long-range reactor monitoring with gadolinium-loaded water-Cherenkov detectors
反中微子探测器是能够远程监测核反应堆活动的实用、非侵入性工具。在这里，我们探讨的超级神冈水切伦科夫探测器的灵敏度，钆负载后，从一个核反应堆复杂的距离约190公里的反中微子。观察反应堆综合体中两个目前正在运行的堆芯所需的寿命取决于附近其他反应堆的活动，以及对探测效率和本底率的估计。在合理的假设下，我们发现，钆负载的超级神冈可以在50（10）活天95%（50%）的时间内以95%的置信度检测到来自高滨反应堆复合体两个堆芯的反中微子通量，或者在397（73）活天内检测到来自一个堆芯的通量，前提是每个堆芯都以标称功率运行。
2018-04-10 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Scalability of gadolinium-doped-water Cherenkov detectors for nuclear nonproliferation
反中微子是裂变过程中不可避免的副产品。千吨级的KamLAND实验已经证明了在几百公里范围内探测反应堆反中微子的能力。但是，要探测或排除几公里范围内单个小型反应堆的存在，需要一个大型探测器。实际上如此之大，以至于检测介质本身的光学不透明度成为一个重要因素。如果探测器太大，以至于光子不能穿过探测器介质到达光学探测器，那么它就变得不切实际。出于这个原因，钆掺杂水切伦科夫探测器已被提出用于大容量，由于其吸引人的光衰减特性。尽管切伦科夫辐射产生的光子不多，能量分辨率也不高，但掺钆水探测器在核反应堆远场监测中仍有一定的应用前景。在本文中，我们专注于反应堆的发现潜力的大体积掺钆水切伦科夫探测器的核不扩散应用。现实的背景模型，全球范围内的反应堆通量，地球中微子，宇宙成因快中子，探测器相关的背景。我们计算的检测器运行时间需要检测一个小的50兆瓦的反应堆在各种各样的距离作为检测器的大小的函数。我们强调，目前，PMT暗率和事件重建算法的限制因素，扩展到超过50-kt的基准质量。
2022-08-17 hep-ex physics.app-ph physics.ins-det
An Intermediate Water Cherenkov Detector at J-PARC
最近的中微子振荡实验结果表明，现有的长基线实验对中微子扇区的CP破坏效应具有一定的敏感性。这种灵敏度目前在统计上是有限的，但下一代实验，DUNE和Hyper-K，将提供一个数量级更多的事件。为了充分发挥这些数据集的潜力，我们必须相应地提高对困扰它们的系统不确定性的理解。本次演讲介绍了两个拟议的中间探测器，用于日本目前和未来的长基线振荡实验，TITUS和NuPRISM。这些探测器在当前T2 K振荡分析的背景下进行了讨论，突出了它们可以减少这种测量的系统不确定性的方法。演讲还描述了NuPRISM的短基线振荡灵敏度以及探测器使中微子散射测量成为可能。
2016-03-03 hep-ex physics.ins-det
The Mercedes water Cherenkov detector
提出了一种小型的单层水切伦科夫探测器的概念，该探测器具有三个光电倍增管（PMT），放置在其底部的$120^{\circ}$星配置（\emph{Mercedes}水切伦科夫探测器）。光电倍增管放置在靠近站的侧壁处，倾斜度可调，可安装在水量内部或外部。为了说明这一概念在技术上的可行性，并对其成本进行一级估算，详细阐述了一项工程设计。这些站的灵敏度低能量广泛的空气簇射（EAS）的电子，光子和μ子进行了讨论，无论是在紧凑和稀疏的阵列配置。它示出的PMT信号的强度和时间模式的分析，使用机器学习技术，使标记的μ子，实现一个很好的伽玛/强子歧视TeV的阵雨。这一概念最大限度地降低了站的生产和维护成本，允许高度灵活和快速的安装。因此，Mercedes Water Cherenkov探测器（WCD）非常适合用于高空大型伽马射线观测站，覆盖从低能量（缩小卫星和地面测量之间的差距）到非常高的能量区域（超过PeV尺度）的扩展能量范围。
2022-09-27 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
