The Daya Bay Reactor Neutrino Experiment has measured a nonzero value for the neutrino mixing angle ${\ensuremath{\theta}}_{13}$ with a significance of 5.2 standard deviations. Antineutrinos from six 2.9 $\mathrm{G}{\mathrm{W}}_{\mathrm{th}}$ reactors were detected in six antineutrino detectors deployed in two near (flux-weighted baseline 470 m and 576 m) and one far (1648 m) underground experimental halls. With a $43\text{ }000\text{ }\text{ }\mathrm{ton}--\mathrm{G}{\mathrm{W}}_{\mathrm{th}}--\mathrm{day}$ live-time exposure in 55 days, 10 416 (80 376) electron-antineutrino candidates were detected at the far hall (near halls). The ratio of the observed to expected number of antineutrinos at the far hall is $R=0.940\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}\phantom{\rule{0ex}{0ex}}0.011(\mathrm{stat}.)\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.004(\mathrm{syst}.)$. A rate-only analysis finds ${sin}^{2}2{\ensuremath{\theta}}_{13}=0.092\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.016(\mathrm{stat}.)\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.005(\mathrm{syst}.)$ in a three-neutrino framework.

The Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), a 20 kton multi-purpose underground liquid scintillator detector, was proposed with the determination of the neutrino mass hierarchy (MH) as a primary physics goal. The excellent energy resolution and the large fiducial volume anticipated for the JUNO detector offer exciting opportunities for addressing many important topics in neutrino and astro-particle physics. In this document, we present the physics motivations and the anticipated performance of the JUNO detector for various proposed measurements. Following an introduction summarizing the current status and open issues in neutrino physics, we discuss how the detection of antineutrinos generated by a cluster of nuclear power plants allows the determination of the neutrino MH at a 3–4σ significance with six years of running of JUNO. The measurement of antineutrino spectrum with excellent energy resolution will also lead to the precise determination of the neutrino oscillation parameters , , and to an accuracy of better than 1%, which will play a crucial role in the future unitarity test of the MNSP matrix. The JUNO detector is capable of observing not only antineutrinos from the power plants, but also neutrinos/antineutrinos from terrestrial and extra-terrestrial sources, including supernova burst neutrinos, diffuse supernova neutrino background, geoneutrinos, atmospheric neutrinos, and solar neutrinos. As a result of JUNO's large size, excellent energy resolution, and vertex reconstruction capability, interesting new data on these topics can be collected. For example, a neutrino burst from a typical core-collapse supernova at a distance of 10 kpc would lead to ∼5000 inverse-beta-decay events and ∼2000 all-flavor neutrino–proton ES events in JUNO, which are of crucial importance for understanding the mechanism of supernova explosion and for exploring novel phenomena such as collective neutrino oscillations. Detection of neutrinos from all past core-collapse supernova explosions in the visible universe with JUNO would further provide valuable information on the cosmic star-formation rate and the average core-collapse neutrino energy spectrum. Antineutrinos originating from the radioactive decay of uranium and thorium in the Earth can be detected in JUNO with a rate of ∼400 events per year, significantly improving the statistics of existing geoneutrino event samples. Atmospheric neutrino events collected in JUNO can provide independent inputs for determining the MH and the octant of the mixing angle. Detection of the 7Be and 8B solar neutrino events at JUNO would shed new light on the solar metallicity problem and examine the transition region between the vacuum and matter dominated neutrino oscillations. Regarding light sterile neutrino topics, sterile neutrinos with and a sufficiently large mixing angle could be identified through a precise measurement of the reactor antineutrino energy spectrum. Meanwhile, JUNO can also provide us excellent opportunities to test the eV-scale sterile neutrino hypothesis, using either the radioactive neutrino sources or a cyclotron-produced neutrino beam. The JUNO detector is also sensitive to several other beyondthe-standard-model physics. Examples include the search for proton decay via the decay channel, search for neutrinos resulting from dark-matter annihilation in the Sun, search for violation of Lorentz invariance via the sidereal modulation of the reactor neutrino event rate, and search for the effects of non-standard interactions. The proposed construction of the JUNO detector will provide a unique facility to address many outstanding crucial questions in particle and astrophysics in a timely and cost-effective fashion. It holds the great potential for further advancing our quest to understanding the fundamental properties of neutrinos, one of the building blocks of our Universe.

A measurement of the energy dependence of antineutrino disappearance at the Daya Bay reactor neutrino experiment is reported. Electron antineutrinos (ν¯(e)) from six 2.9 GW(th) reactors were detected with six detectors deployed in two near (effective baselines 512 and 561 m) and one far (1579 m) underground experimental halls. Using 217 days of data, 41 589 (203 809 and 92 912) antineutrino candidates were detected in the far hall (near halls). An improved measurement of the oscillation amplitude sin(2)2θ(13)=0.090(-0.009)(+0.008) and the first direct measurement of the ν¯(e) mass-squared difference |Δm(ee)2|=(2.59(-0.20)(+0.19))×10(-3) eV2 is obtained using the observed ν¯(e) rates and energy spectra in a three-neutrino framework. This value of |Δm(ee)2| is consistent with |Δm(μμ)2| measured by muon neutrino disappearance, supporting the three-flavor oscillation model.

We report an improved measurement of the neutrino mixing angle $\theta_{13}$ from the Daya Bay Reactor Neutrino Experiment. We exclude a zero value for $\sin^22\theta_{13}$ with a significance of 7.7 standard deviations. Electron antineutrinos from six reactors of 2.9 GW$_{\rm th}$ were detected in six antineutrino detectors deployed in two near (flux-weighted baselines of 470 m and 576 m) and one far (1648 m) underground experimental halls. Using 139 days of data, 28909 (205308) electron antineutrino candidates were detected at the far hall (near halls). The ratio of the observed to the expected number of antineutrinos assuming no oscillations at the far hall is $0.944\pm 0.007({\rm stat.}) \pm 0.003({\rm syst.})$. An analysis of the relative rates in six detectors finds $\sin^22\theta_{13}=0.089\pm 0.010({\rm stat.})\pm0.005({\rm syst.})$ in a three-neutrino framework.

We report a measurement of electron antineutrino oscillation from the Daya Bay Reactor Neutrino Experiment with nearly 4 million reactor $\overline{\nu}_{e}$ inverse beta decay candidates observed over 1958 days of data collection. The installation of a Flash-ADC readout system and a special calibration campaign using different source enclosures reduce uncertainties in the absolute energy calibration to less than 0.5% for visible energies larger than 2 MeV. The uncertainty in the cosmogenic $^9$Li and $^8$He background is reduced from 45% to 30% in the near detectors. A detailed investigation of the spent nuclear fuel history improves its uncertainty from 100% to 30%. Analysis of the relative $\overline{\nu}_{e}$ rates and energy spectra among detectors yields $\sin^{2}2\theta_{13} = 0.0856\pm 0.0029$ and $\Delta m^2_{32}=(2.471^{+0.068}_{-0.070})\times 10^{-3}~\mathrm{eV}^2$ assuming the normal hierarchy, and $\Delta m^2_{32}=-(2.575^{+0.068}_{-0.070})\times 10^{-3}~\mathrm{eV}^2$ assuming the inverted hierarchy.

This Letter reports a measurement of the flux and energy spectrum of electron antineutrinos from six 2.9~GW$_{th}$ nuclear reactors with six detectors deployed in two near (effective baselines 512~m and 561~m) and one far (1,579~m) underground experimental halls in the Daya Bay experiment. Using 217 days of data, 296,721 and 41,589 inverse beta decay (IBD) candidates were detected in the near and far halls, respectively. The measured IBD yield is (1.55 $\pm$ 0.04) $\times$ 10$^{-18}$~cm$^2$/GW/day or (5.92 $\pm$ 0.14) $\times$ 10$^{-43}$~cm$^2$/fission. This flux measurement is consistent with previous short-baseline reactor antineutrino experiments and is $0.946\pm0.022$ ($0.991\pm0.023$) relative to the flux predicted with the Huber+Mueller (ILL+Vogel) fissile antineutrino model. The measured IBD positron energy spectrum deviates from both spectral predictions by more than 2$\sigma$ over the full energy range with a local significance of up to $\sim$4$\sigma$ between 4-6 MeV. A reactor antineutrino spectrum of IBD reactions is extracted from the measured positron energy spectrum for model-independent predictions.

We report a new measurement of electron antineutrino disappearance using the fully constructed Daya Bay Reactor Neutrino Experiment. The final two of eight antineutrino detectors were installed in the summer of 2012. Including the 404 days of data collected from October 2012 to November 2013 resulted in a total exposure of 6.9×10^{5} GW_{th} ton days, a 3.6 times increase over our previous results. Improvements in energy calibration limited variations between detectors to 0.2%. Removal of six ^{241}Am-^{13}C radioactive calibration sources reduced the background by a factor of 2 for the detectors in the experimental hall furthest from the reactors. Direct prediction of the antineutrino signal in the far detectors based on the measurements in the near detectors explicitly minimized the dependence of the measurement on models of reactor antineutrino emission. The uncertainties in our estimates of sin^{2}2θ_{13} and |Δm_{ee}^{2}| were halved as a result of these improvements. An analysis of the relative antineutrino rates and energy spectra between detectors gave sin^{2}2θ_{13}=0.084±0.005 and |Δm_{ee}^{2}|=(2.42±0.11)×10^{-3} eV^{2} in the three-neutrino framework.

The Daya Bay Collaboration reports precise measurements of the ${\ensuremath{\theta}}_{13}$ neutrino mixing angle and predicts the $\mathrm{\ensuremath{\Delta}}\phantom{\rule{0}{0ex}}{m}_{32}^{2}$ mass difference for both normal and inverted hierarchy scenarios. These values are based on comparing the detection of antineutrinos by ''near'' and ''far'' detectors of more than 2.5 million inverse beta-decay observations.

Daya Bay presents the first measurement of cosmogenic He8 isotope production in liquid scintillator, using an innovative method for identifying cascade decays of He8 and its child isotope, Li8. We also measure the production yield of Li9 isotopes using well-established methodology. The results, in units of 10−8μ−1g−1 cm2, are 0.307±0.042, 0.341±0.040, and 0.546±0.076 for He8, and 6.73±0.73, 6.75±0.70, and 13.74±0.82 for Li9 at average muon energies of 63.9 GeV, 64.7 GeV, and 143.0 GeV, respectively. The measured production rate of He8 isotopes is more than an order of magnitude lower than any other measurement of cosmogenic isotope production. It replaces the results of previous attempts to determine the ratio of He8 to Li9 production that yielded a wide range of limits from 0% to 30%. The results provide future liquid-scintillator-based experiments with improved ability to predict cosmogenic backgrounds.Received 8 February 2024Revised 28 March 2024Accepted 30 May 2024DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.110.L011101© 2024 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasNeutrino oscillationsTechniquesNeutrino detectionParticles & FieldsNuclear Physics