近日，國際權威期刊《Journal of High Energy Physics》發表了我院王為教授團隊李濤博士后的最新科研成果（圖一）《Reconstruction of the event vertex in the PandaX-III experiment with convolution neural network》。該文章首次提出利用神經網絡的方法來表征探測器中帶電粒子徑跡的擴散特征，解決了一直以來困擾PandaX-III實驗的事例頂點缺失問題，能夠有效提升實驗上尋找無中微子雙貝塔衰變的靈敏度。

圖一：文章于2023年5月25日在線發表于Journal of High Energy Physics

       馬約拉納中微子的研究是當前粒子物理領域探索超出標準模型新物理的熱點研究方向。無中微子雙貝塔衰變是輕子數破壞的稀有核衰變，可以證明中微子的馬約拉納屬性，揭示宇宙中正反物質不對稱的現象與中微子的質量之謎。作為下一代實驗研究的重點方向，PandaX-III（圖二）是首個建成的基于百公斤級高壓氣氙時間投影室技術用于搜尋該稀有核衰變過程的探測器，其可以同時精確地記錄粒子在探測器中沉積的能量和徑跡，從而用于目標事例信號的識別。PandaX-III由上海交通大學主導，中山大學和中國科學技術大學等國內多家單位以及法國、西班牙、美國等國際科研機構合作開展。李濤博士后負責PandaX-III數據采集系統研發、探測器模擬仿真以及徑跡特征分析的工作。

圖二：PandaX-III探測器主體結構與讀出平面

      PandaX-III對閃爍光探測的缺失將導致無法獲取探測器中的事例頂點，這將嚴重影響對探測器性能的理解和對無中微子雙貝塔衰變探測靈敏度的提升。針對這一問題，李濤博士后首次提出使用卷積神經網絡對探測器內事例頂點進行重建，表征了粒子徑跡擴散特征與漂移距離之間的物理關系，為PandaX-III的頂點缺失提供了重要的解決方案（圖三）。通過構建自定義的VGGZ0net回歸模型，提取了事例頂點位置與其徑跡在探測器內漂移過程特征的關聯性，并基于不同探測器電子壽命條件下的蒙特卡洛模擬數據和PandaX-III原型機實驗數據對該方法進行了研究和驗證。該方法對事例頂點的重建精度可以達到11cm，探測器電子壽命的估計誤差在1σ以內，能夠大大提高探測器能量分辨率，從而提升PandaX-III尋找無中微子雙貝塔衰變的靈敏度。

圖三：（a）PandaX-III探測器內不同漂移距離的模擬徑跡。（b）VGGZ0net網絡結構。(c) 事例測量能量與重建頂點的分布。

       中山大學中法核工程與技術學院為文章的第一單位，李濤博士后為第一作者，上海交通大學物理與天文學院與巴黎卓越工程師學院王少博副教授和中山大學物理學院陳羽老師為通訊作者。其他作者還包括我院王為教授，上海交通大學物理與天文學院韓柯教授。上述研究成果得到國家自然科學基金的支持。