学院新闻︱我院在高能物理领域发表重要成果

       近日，国际权威期刊《Journal of High Energy Physics》发表了我院王为教授团队李涛博士后的最新科研成果（图一）《Reconstruction of the event vertex in the PandaX-III experiment with convolution neural network》。该文章首次提出利用神经网络的方法来表征探测器中带电粒子径迹的扩散特征，解决了一直以来困扰PandaX-III实验的事例顶点缺失问题，能够有效提升实验上寻找无中微子双贝塔衰变的灵敏度。

图一：文章于2023年5月25日在线发表于Journal of High Energy Physics

       马约拉纳中微子的研究是当前粒子物理领域探索超出标准模型新物理的热点研究方向。无中微子双贝塔衰变是轻子数破坏的稀有核衰变，可以证明中微子的马约拉纳属性，揭示宇宙中正反物质不对称的现象与中微子的质量之谜。作为下一代实验研究的重点方向，PandaX-III（图二）是首个建成的基于百公斤级高压气氙时间投影室技术用于搜寻该稀有核衰变过程的探测器，其可以同时精确地记录粒子在探测器中沉积的能量和径迹，从而用于目标事例信号的识别。PandaX-III由上海交通大学主导，中山大学和中国科学技术大学等国内多家单位以及法国、西班牙、美国等国际科研机构合作开展。李涛博士后负责PandaX-III数据采集系统研发、探测器模拟仿真以及径迹特征分析的工作。

图二：PandaX-III探测器主体结构与读出平面

      PandaX-III对闪烁光探测的缺失将导致无法获取探测器中的事例顶点，这将严重影响对探测器性能的理解和对无中微子双贝塔衰变探测灵敏度的提升。针对这一问题，李涛博士后首次提出使用卷积神经网络对探测器内事例顶点进行重建，表征了粒子径迹扩散特征与漂移距离之间的物理关系，为PandaX-III的顶点缺失提供了重要的解决方案（图三）。通过构建自定义的VGGZ0net回归模型，提取了事例顶点位置与其径迹在探测器内漂移过程特征的关联性，并基于不同探测器电子寿命条件下的蒙特卡洛模拟数据和PandaX-III原型机实验数据对该方法进行了研究和验证。该方法对事例顶点的重建精度可以达到11cm，探测器电子寿命的估计误差在1σ以内，能够大大提高探测器能量分辨率，从而提升PandaX-III寻找无中微子双贝塔衰变的灵敏度。

图三：（a）PandaX-III探测器内不同漂移距离的模拟径迹。（b）VGGZ0net网络结构。(c) 事例测量能量与重建顶点的分布。

       中山大学中法核工程与技术学院为文章的第一单位，李涛博士后为第一作者，上海交通大学物理与天文学院与巴黎卓越工程师学院王少博副教授和中山大学物理学院陈羽老师为通讯作者。其他作者还包括我院王为教授，上海交通大学物理与天文学院韩柯教授。上述研究成果得到国家自然科学基金的支持。