Experimento Double Chooz

El experimento Double Chooz (DC) se ubicó en la planta de energía nuclear de Chooz en Francia y tomó datos entre 2011 y 2018. El detector lejano o “Far Detector” (FD) se colocó a 1050 m de distancia de los núcleos, cerca de la distancia máxima de oscilación. Se instaló un segundo detector, casi idéntico, llamado detector cercano o “Near Detector” (ND), a 400 m de distancia de los núcleos del reactor. Esta configuración de detectores múltiples permitió reducir drásticamente los errores sistemáticos asociados principalmente con el flujo de neutrinos y proporcionar un valor preciso del ángulo de mezcla de neutrinos θ₁₃.

El grupo de física experimental de neutrinos del CIEMAT ha sido miembro activo de la colaboración Double Chooz desde 2006. El grupo del CIEMAT contribuyó ampliamente en el hardware y la construcción del detector, así como en el análisis de datos de física.

Las principales contribuciones y responsabilidades de nuestro grupo en los detectores Double Chooz fueron:

• Diseño, fabricación, montaje e instalación de los 800 soportes mecánicos para los fotomultiplicadores (PMTs) de 10" de los módulos de detección FD y ND.
• Diseño, fabricación y montaje de 800 escudos magnéticos para los PMTs.
• Diseño, fabricación e instalación de splitters 800 HV y cables de alta tensión.
• Instalación de los PMT dentro de los tanques de los detectores FD y ND.
• Estudio de la emisión de luz desde la base de los PMTs.

El grupo de neutrinos del CIEMAT contribuyó de forma muy significativa al análisis de los datos de los dos detectores. Fuimos los encargados de medir el fondo remanente por coincidencias accidentales en el detector. Este análisis incluye las capturas de neutrones en hidrógeno (H) que constituyen el fondo de interacciones más importante en el FD y es el fondo principal por debajo de 2 MeV para ambos detectores, donde la oscilación es máxima. El grupo del CIEMAT se encargó de determinar la eficiencia de detección de neutrones para ambos detectores, que es la incertidumbre sistemática dominante en la detección de antineutrinos electrónicos mediante la reacción inversa de desintegración β en “Charged Current” (CC), lo que limita la precisión de la medida de la mezcla de neutrinos (ángulo θ₁₃). También participamos en la campaña de calibración llevada a cabo en verano de 2017. DC realizó una segunda medida independiente de θ₁₃ utilizando una técnica de análisis diferente liderada por el grupo CIEMAT: el análisis de modulación de la velocidad del reactor (RRM). El ritmo de candidatos a neutrinos se mide durante períodos de diferente potencia del reactor que van desde cero hasta plena potencia. Este análisis permitió la medida de θ₁₃ sin un conocimiento a priori del fondo.

Publicaciones con aportaciones significativas del grupo CIEMAT:

• The Double Chooz antineutrino detectors, Double Chooz Collaboration, (H. De Kerret et al.), EPJC 82 (2022) 804.
• Reactor Rate Modulation oscillation analysis with two detectors in Double Chooz, Double Chooz Collaboration (Abrahao, T. et al.), JHEP 01 (2021) 190.
• Double Chooz theta13 measurement via total neutron capture detection, Double Chooz Collaboration (H. Kerret et al.) Nature Physics 16 (2020) 558.
• Characterization of the spontaneous light emission of the PMTs used in the Double Chooz experiment, Double Chooz Collaboration (Y. Abe et al.), JINST 11 (2016) P08001
• Measurement of theta13 in Double Chooz using neutron captures on hydrogen with novel background rejection techniques, Double Chooz Collaboration (Y. Abe et al.), JHEP 1601 (2016) 163
• Background independent measurement of theta13 in Double Chooz, Double Chooz Collaboration (Y. Abe et al.), Phys. Lett. B 735 (2014) 51-56.
• Improved measurements of the neutrino mixing angle theta13 with the Double Chooz detector, Double Chooz Collaboration (Y. Abe et al.), JHEP 10 (2014) 086.
• Reactor electron antineutrino disappearance in the Double Chooz experiment, Double Chooz Collaboration (Y. Abe et al.), Phys.Rev.D 86 (2012) 052008
• Indication of Reactor \bar{\nu}_e​ Disappearance in the Double Chooz Experiment, Double Chooz Collaboration (Y. Abe et al.), Phys.Rev.Lett. 108 (2012) 131801