Study on degradation of VUV-sensitivity of MPPC for liquid xenon scintillation detector by radiation damage in MEG II experiment
针对MEG II实验液氙探测器中MPPC在高强度μ子束下的VUV灵敏度退化问题，研究发现辐射损伤集中于MPPC表面且热退火可使光子探测效率恢复，为相关探测器的辐射损伤评估与修复提供了依据。
2022-11-17 physics.ins-det
Development and Performance of a Sealed Liquid Xenon Time Projection Chamber
液态氙（LXe）时间投影室（TPC）技术正在探测从亚GeV到几TeV的大范围暗物质质量。为了进一步提高其对亚GeV暗物质的灵敏度，并利用相干弹性中微子-核散射（CEvNS）监测反应堆中微子，需要对单电子/少电子本底率有更多的了解和抑制。在这里，我们报告的设计和性能的密封LXeTPC与石墨烯涂层的熔融石英窗口作为阴极。密封TPC的目的是将液体氙目标体积与检测器容器中的大部分释气材料隔离，从而提高液体氙净化效率并降低杂质诱导的单个/少数电子背景。我们研究了出气率和净化效率使用的数据从密封TPC与一个简单的净化模型。获得了稀土中杂质光电离的单电子信号，并研究了它们与稀土纯度的关系。将石墨烯涂覆的电极上的光电子发射速率与不锈钢的光电子发射速率进行比较，不锈钢是通常用于LPEG 4检测器的电极材料。我们讨论了可能的进一步改进和潜在的应用密封TPC的下一代液体氙实验的暗物质和中微子物理。
2021-01-21 physics.ins-det
Measurement of high-pressure xenon gas absorption in acrylic
丙烯酸是一种受欢迎的结构材料，在实验中需要低背景，因为它的放射性纯度，机械加工性和机械强度。然而，其多孔性可能会导致显著的气体吸收，并影响检测器的长期稳定性。丙烯酸与其他探测器材料之间的相互作用成为探测器设计中的关键问题之一。本文对高压氙气在丙烯酸树脂中的吸收过程进行了定量测量。为测量设计了特定的设置，并进行了系统的测量以获得吸收量的结果：332 g丙烯酸树脂中有0.98 g氙。
2022-02-28 hep-ex physics.ins-det
Dark matter sensitivity of multi-ton liquid xenon detectors
我们研究了使用液体氙靶的多吨级时间投影室的灵敏度，例如，建议DARWIN仪器，自旋无关和自旋相关的WIMP-核子散射相互作用。考虑到现实的背景，从探测器本身以及从中微子，我们研究的曝光，能量阈值，背景抑制效率和能量分辨率的暗物质灵敏度的影响。随着曝光量为200 t x y，并假设探测器参数，这已经被实验证明，自旋无关的横截面低至$2.5 \times 10^{-49}$ cm $^2$可以探测到的WIMP质量约40 GeV/ $c^2$。在背景抑制和曝光方面的进一步改进将进一步提高灵敏度，而最终的WIMP科学范围将受到氙核相干散射中微子的限制。
2015-09-03 astro-ph.CO physics.ins-det
Study of light detection and sensitivity for a ton-scale liquid xenon dark matter detector
吨级液态氙探测器是近年来发展起来的一种新型探测器，用于探测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）暗物质的有利参数空间。为了实现更好的光收集效率，同时限制电子通道的数量相比，前一代的检测器，大尺寸的光电倍增管（PMT），如3英寸直径的R11410从Hamamatsu建议，以取代1平方英寸的R8520光电倍增管。在两相氙暗物质探测器中，通常使用上下两个PMT阵列。在这项研究中，我们比较了两种不同的吨级液体氙探测器配置的性能与相同数量的R11410（配置g.1）或R8520（配置g.2）的顶部PMT阵列，而都使用R11410 PMT的底部阵列。
2014-05-11 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the ionization yield from nuclear recoils in liquid xenon between 0.3 -- 6 keV with single-ionization-electron sensitivity
双相氙TPC探测器是一种高度可扩展和广泛使用的技术，用于搜索来自WIMP暗物质或$\sim$ MeV中微子的相干核散射的低能核反冲信号。这样的实验期望测量来自这样的源的O（keV）电离或闪烁信号。然而，在$\sim1\,$ keV及以下，液体氙中的信号校准具有很大的不确定性，直接影响现有和未来实验的假定灵敏度。在这项工作中，我们报告了一个新的测量的电离产额的核反冲信号在液体氙低至0.3 $\,$ keV $\,\,$ -最低的能量校准报告的日期-在该能量的平均事件仅产生1.1电离~电子。在2和6 $\,$ keV之间，我们的测量结果与现有的测量结果一致，但显着提高了精度。在较低的能量，我们观察到一个下降的趋势，偏离简单的推断现有的数据。我们还研究了电离产率对220 V/cm和6240 V/cm之间的液体氙中所施加的漂移场的依赖性，使这些测量适用于宽范围的电流和不同的操作参数的建议实验。
2019-08-01 hep-ex physics.ins-det
Operation of a dual-phase xenon detector with wavelength sensitivity from ultraviolet to infrared
本研究运行一台170–1700 nm灵敏的双相氙时间投影室，观测并分析液体闪烁和气体电致发光相关的红外信号，表明其可提升信号识别与本底排除。
2025-07-25 hep-ex physics.ins-det
Liquid xenon in nuclear medicine: state-of-the-art and the PETALO approach
液体氙具有几个有吸引力的特性，这使得它适合于应用于核医学，例如高闪烁产额和快闪烁衰减时间，优于目前使用的晶体。自90年代以来，已经进行了几次尝试来构建基于液体氙的正电子发射断层成像扫描仪，其可以分为两种不同的方法：一方面，检测TPC中的电离电荷，另一方面，用光电倍增管检测闪烁光。PETALO（Positron Emission Tof Apparatus with Liquid XenOn）是一种将液体氙光电池和硅光电倍增器结合起来的新型读出装置。第一次蒙特卡洛调查指出，这项技术将提供一个很好的固有的时间分辨率，这使得有可能测量飞行时间与高效率。此外，液体氙对UV和蓝色波长的透明性打开了利用闪烁和切伦科夫光用于高灵敏度TOF-PET的可能性。
2017-12-15 physics.ins-det
In situ measurements of Krypton in Xenon gas with a quadrupole mass spectrometer following a cold-trap at a temporarily reduced pumping speed
本文提出了一种用冷阱和残余气体分析器测量氙中微量氪的新方法。该方法通过暂时降低抽气速度，同时消耗最少量的氙，从而提高了灵敏度。通过部分关闭测量室和分子泵之间的定制蝶阀，已达到40 ppt的灵敏度。该方法已在液化空气公司的超纯气体样品上进行了测试，该样品具有未知的固有氪浓度，产生$330 \pm 200$ ppt的氪浓度。
2012-12-20 hep-ex physics.ins-det
MOTION, a liquid xenon time projection chamber platform for high voltage technologies in dark matter detectors
该研究构建了70千克的液态氙探测器MOTION，用于研究高压技术相关挑战，为下一代暗物质探测器的设计与运行提供关键依据
2026-10-05 physics.ins-det
HydroX, a light dark matter search with hydrogen-doped liquid xenon time projection chambers
本文提出 HydroX 概念，通过在液态氙时间投影室中掺入氢增强轻暗物质相互作用信号，并分析技术、本底问题及潜在灵敏度。
2025-05-19 hep-ex physics.ins-det
Ultra-clean radon-free four cylinder magnetically-coupled piston pump
研制了一种高性能四缸气体容积泵。磁耦合活塞和密封外壳以及在排气和放射性纯度方面的特殊清洁度使四缸泵在以惰性气体为目标的低背景实验中的使用非常有趣。与XENON1T实验的原型单缸泵相比，优化的内部流路以及减少的死体积与先进的聚合物活塞垫圈和（3177 $\pm$ 162）N的活塞耦合力相结合，确保了高可靠的性能。此外，活塞运动的相移同步可进一步提高性能，并最大限度地减少流量和压缩波动。该泵能够在1.80 bar的压差下产生474 slpm的氙气流量。
2021-08-19 physics.ins-det
Liquid Xenon Detectors for Positron Emission Tomography
PET是一种功能性成像技术，其基于在产生正电子的β衰变之后检测湮灭光子。在本文中，我们提出了一种新的PET系统的概念，临床前应用组成的一个环的12个时间投影室充满液体氙雪崩光电二极管。电离电荷和闪烁光的同时测量导致空间分辨率、图像质量和灵敏度的显著改善。模拟结果表明，该系统的能量分辨率小于10%（FWHM），灵敏度为15%。使用原型TPC的第一次测试表明位置分辨率<1 mm（FWHM）。
2011-04-07 physics.ins-det physics.med-ph
A New Concept of Liquid Xenon Time Projection Chamber for Medical Imaging
The Bishop's School（主教学校）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出一种优化用于医疗成像的液氙时间投影室概念，结合闪烁和电发光电离读出技术，实现低噪声信号放大和内在深度交互测量，提升空间分辨率和事件选择效率。
2026-03-26 physics.ins-det physics.med-ph
PETALO: a Time-of-Flight PET with liquid xenon
液体氙具有几个特点，使其适用于核医学的应用，如高闪烁产额和快速闪烁衰减时间。此外，作为具有均匀响应的连续介质，液体氙允许避免基于结晶的常规检测器的大多数几何失真。在本文中，我们描述了这些属性如何激发了正电子发射断层成像扫描仪与飞行时间测量，它结合了液体氙蒸发量和硅光电倍增器作为传感器的新概念的发展。蒙特卡洛研究指出，这项技术将提供出色的固有时间分辨率，低至70 ps。此外，液体氙对UV和蓝色波长的透明性开启了利用闪烁和切伦科夫光用于具有飞行时间能力的高灵敏度正电子发射断层成像扫描仪的可能性。蒙特卡罗模拟指出，使用切伦科夫光获得的时间分辨率为30-50 ps。目前正在建造一个原型，以展示这一概念在能量、时间和空间坐标重建方面的高分辨率，使用的是一个内径30厘米、深3厘米的环，装有对真空紫外线敏感的硅光电倍增器。
2021-02-26 physics.ins-det
NEXT, high-pressure xenon gas experiments for ultimate sensitivity to Majorana neutrinos
在本文中，我们描述了一种创新类型的时间投影室（TPC），它使用高压氙气（HPXe）和电致发光放大的电离电荷的设备的基础上，能够完全重建的能量和拓扑签名的罕见事件。我们将讨论一种具体的设计，这种HPP-TPC，NEXT-100探测器，将搜索无中微子双β衰变事件使用100-150公斤的氙富集在同位素氙-136。NEXT-100目前正在建设中，经过加速和非常成功的研发阶段。它将安装在西班牙的Subterráneo de Canfranc（LSC）。预计2013年底或2014年初进行试运行。我们还将提出物理参数，表明HPVs技术可以外推到下一代（例如，基准质量为1吨的目标），这将充分探索中微子的马约拉纳性质，如果质量层次是逆的。
2012-11-21 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Measurement of the Argon Purity by ICP-MS and Results of the Analysis of the Gas Used for the MicroBooNE Experiment
测量氩的纯度对于所有基于氩的稀有事件研究实验都是至关重要的。质谱法通常用于评估低本底探测器材料样品中的铀和钍污染;然而，这项技术有可能提供目前尚未开发的其他有价值的信息。我们已经表明，通过ICP-MS，可以识别和量化氩气中常见的化学污染物。初步测试是用从FNAL的MicroBooNE实验和LSC的ArDM实验中提取的气体进行的。在前一种情况下，我们证明了相关的氮污染远高于在商业氩气中测量的氮污染。在ArDM中，我们确定并量化了用于科学运行的气体中汞的存在。在这两种情况下，氩气中均存在氪（~ppb）和氙（~ 10 s ppb）。
2023-03-01 hep-ex physics.ins-det
Xenon Recirculation-Purification with a Heat Exchanger
基于液体氙的粒子探测器在过去几年中在尺寸上已经显著地增长，并且现在超过了一吨级。所需的高纯度氙气通常是通过高温吸气剂连续再循环氙气来实现的。这对冷却这些大型探测器的传统方式提出了挑战，因为在隔热良好的探测器中，大部分冷却功率都用于补偿再循环的损失。再冷凝过程中的相变需要比将气体从环境温度冷却到-100 ℃（173 K）多五倍的冷却功率。因此，为了降低大型探测器的冷却功率要求，我们建议通过热交换器使用来自净化的进入气体的热量来蒸发排出的氙气。一般来说，热交换器似乎只有非常有限的用途，因为蒸发和液化发生在零温差。然而，再循环泵的使用降低了提取液体的压力，迫使其蒸发，从而使其冷却。我们表明，这种温差可以用于一个有效的热交换过程。我们调查使用一个商业平行板换热器与小型液体氙探测器。虽然我们预期将受到可用冷却功率的限制，流量为约2 SLPM，但超过12 SLPM的流量可以很容易地维持，仅受泵速和流动回路阻抗的限制。热交换器以（96.8 +/- 0.5）%的效率运行。这为大规模实验中快速氙气再循环提供了可能性，同时最大限度地减少了热损失。
2011-03-04 hep-ex physics.ins-det
HERETIX: A Hermetic, Enriched, Rare-Event Time Projection Chamber in Xenon
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Münster（明斯特大学）
提出HERETIX，一种双嵌套时间投影室的多吨级液氙探测器，同时优化弱相互作用大质量粒子搜索和$^{136}$Xe无中微子双β衰变探测，通过密封蓝宝石容器实现超低本底，10年曝光后$0\ u\eta\eta$半衰期灵敏度达$3.2 \ imes 10^{28}$年。
2026-06-26 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Neutrino physics with multi-ton scale liquid xenon detectors
我们研究了大尺度氙探测器对低能太阳中微子、相干中微子-核散射和无中微子双β衰变的灵敏度。作为一个具体的例子，我们认为氙的一部分，建议达尔文（暗物质WIMP搜索与高贵液体）实验。我们进行详细的Monte Carlo模拟的预期背景，考虑现实的能量分辨率和阈值的检测器。在2-30 keV的低能窗口中，对太阳pp和$^7$ Be中微子的灵敏度最高，经过5年的数据，在14吨天然氙的基准质量下，可以达到5900个事件的pp中微子积分率。因此，测量pp中微子通量的统计不确定性约为1%，达到太阳模型预测的精度。这些低能量的太阳中微子将是暗物质搜索通道的限制背景，对于$\sim$ 2 $\times$ 10 $^{-48}$ cm $^2$以下的WIMP核子截面和50 GeV $\cdot$ c $^{-2}$附近的WIMP质量，假设弹性中微子-电子散射导致的电子反冲的排斥率为99.5%。来自太阳中微子相干散射的核反冲将限制对$\sim$ 6 GeV $\cdot$ c $^{-2}$以下的WIMP质量的灵敏度，使其截面大于$\sim$ 4 $\times$ 10 $^{-45}$ cm $^2$。在中心探测器区域使用6吨天然氙，经过5年的数据收集，达尔文探测器对$^{136}$的无中微子双β衰变的灵敏度可以达到5.6 $\times$ 10 $^{26}$ y。
2014-02-07 astro-ph.SR hep-ph nucl-ex
Expected Sensitivity to Galactic/Solar Axions and Bosonic Super-WIMPs based on the Axio-electric Effect in Liquid Xenon Dark Matter Detectors
我们提出了系统的案例研究，以调查的灵敏度轴子搜索液体氙探测器，使用轴电效应（类似的光电效应）对氙原子。液态氙被广泛认为是利用核反冲探测WIMP（可能形成银河系暗物质的弱相互作用大质量粒子）的最佳目标介质之一。由于这些探测器还为电子反冲提供了极低的放射性环境，因此也可以探测到相互作用非常弱的低质量粒子（< 100 keV/c^2），例如假设的轴子--在这种情况下使用轴电效应。未来的吨级液体中微子探测器的灵敏度将仅受质量范围在1至100 keV/c^2之间的不可约中微子背景（pp链太阳中微子和136中微子的双β衰变）的限制。假设辐射量为1吨-年，如果轴-电耦合g_A e在1 keV/c^2时大于10^-14（或在100 keV/c^2时大于10 ^-13），那么星系轴子（作为非相对论性的暗物质）就可以被探测到。在几keV/c^2以下，并且与质量无关，太阳轴子的搜索对耦合g_Ae ~ 10^-12很敏感。这个极限将为DFSV和KSVZ模型设定一个严格的轴子质量上限，其质量范围分别为m_A < 0.1 eV/c^2和< 10 eV/c^2。当耦合常数α '/α> 10^-33（质量为1 keV/c^2）或> 10^-27（质量为100 keV/c^2）时，也可以探测到矢量玻色子暗物质。
2013-01-23 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Detection of krypton in xenon for dark matter applications
我们扩展我们的技术，观察非常小的浓度的杂质在氙气氪检测的问题。我们使用传统的质谱仪来识别氙中的氪含量，但我们用液氮冷阱将设备的灵敏度提高了约五个数量级。我们发现氙的绝对氪浓度可以从质谱测量中推断出来，并且我们在低至0.5 × 10 ^{-12} mol/mol（Kr/Xe）的浓度下识别出氪信号。这种技术简化了在液态氙中进行WIMP暗物质搜索时对氪本底的监测。
2011-12-03 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Large-Area MPPC with Enhanced VUV Sensitivity for Liquid Xenon Scintillation Detector
为MEG II实验的液氙闪烁探测器研制了一种对真空紫外光敏感的大面积多像素光子计数器。该探测器设计用于探测来自轻子味违反衰变$μ^+ \to \mathrm{e}^+ γ$的52.8MeV光子，并基于具有高颗粒闪烁读出的$900\,\ell$探测器，由4092个VUV-MPPC组成，每个VUV-MPPC的有效面积为$139\,\mathrm{mm}^2$，总共为$0.57\,\mathrm{m}^2$。VUV-MPPC在真空紫外波段对闪烁光的探测效率高达21%，具有较高的增益，较低的光串扰和后脉冲，较低的暗计数率和较好的单光电子分辨率。VUV-MPPC的大有源区是通过串联四个独立的小VUV-MPPC芯片形成的，以避免传感器电容的增加，从而具有短的脉冲衰减时间，这对于高速率实验至关重要。在安装到检测器之前，还在室温下对为LIPE检测器生产的4180 VUV-MPPC进行了性能测试，发现所有VUV-MPPC都能正常工作，只有少数例外。详细介绍了VUV-MPPC的设计和性能，以及在室温下的性能测试结果。
2019-02-05 hep-ex physics.ins-det
Study of a spherical Xenon gas TPC for neutrinoless double beta detection
目前正在努力研制球形气态时间投影室探测器，以观测弱相互作用大质量粒子或中微子相互作用等罕见现象。该探测器结构简单，能量阈值低，能量分辨率高，可用于观测$β\beta0ν$过程，即无中微子双β衰变。在这项工作中，提出了一个具体的设置，用于测量$β\beta0ν$的50公斤的$^{136}$。不同的背景进行了研究，证明有可能达到每年2个事件的水平，每年在探测器质量的总背景。所获得的结果与当前一代的实验具有竞争力，并且可以代表更雄心勃勃的路线图的第一步，包括使用相同的检测器和相同的背景源使用不同的气体进行$β\beta0ν$搜索。在检测器的结构和材料纯度方面的约束也得到解决，表明它们都不代表一个显示塞子为拟议的实验设置。
2018-01-11 hep-ex physics.ins-det
Electron train backgrounds in liquid xenon dark matter search detectors are indeed due to thermalization and trapping
从液态氙到气态氙的电子发射是ZEPLIN、XENON、LUX和LZ等暗物质搜索探测器的基石。发射的概率是所施加的电场E的函数，并且先前假设未能从液体进入气体的电子被热化并被捕获。本文首次展示了电子发射模型与现有数据之间的定量一致性。该模型预测，液体中的电子必须越过一个典型的势垒φ_b=0.34 ± 0.01eV才能逃逸到气体中。该值是比先前计算或推断的值小约x2的因子。知道了phi_b，就可以计算出热化俘获电子的寿命。该值为O（10）ms，这似乎是兼容的电子训练背景的XENON 10观测。由于这些背景限制了暗扇区暗物质搜索的灵敏度，因此讨论了可能的缓解措施。
2017-02-15 astro-ph.IM physics.ins-det
Removing krypton from xenon by cryogenic distillation to the ppq level
XENON 1 T实验的目的是直接探测充满3.3吨液态氙的低温恒温器中的暗物质。为了达到所需的灵敏度，探测器内部的放射性衰变引起的背景必须足够低。一个主要的贡献者是$β$ -发射体$^{85}$ Kr，它是氙的固有污染物。对于XENON 1 T实验，要求氙中天然氪的浓度为$\rm{^{nat}}$ Kr/Xe < 200 ppq（每四次方份，1 ppq = 10 $^{-15}$ mol/mol）。在这项工作中，一个新的低温蒸馏塔的设计使用常见的麦凯布-蒂勒方法进行了说明。该系统在高于3 kg/h的工艺速度下表现出6.4 $\cdot$ × 10 $^5$的氪还原因子和热力学稳定性。最终得到的$\rm{^{nat}}$ Kr/Kr < 26 ppq是有史以来最低的，几乎比XENON 1 T的要求低一个数量级，甚至足以满足未来使用液体氙的暗物质实验，如XENONnT和DARWIN。
2017-05-08 physics.ins-det
High-precision measurements of krypton and xenon isotopes with a new static-mode Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer
测量行星大气中稀有气体的丰度和同位素组成可以回答宇宙化学和比较行星学中的基本问题。然而，惰性气体是稀有元素，这一特征使得它们的测量即使在地球上也具有挑战性。此外，在空间应用中，由于航天器仪器设备的功耗、体积和质量方面的限制，需要开发能够满足飞行任务的工程要求同时又能满足科学要求的紧凑型创新仪器。在这里，我们证明了在喷气推进实验室（加州理工学院，帕萨迪纳）开发的四极离子阱质谱仪（QITMS）的能力，以测量低数量的重惰性气体（氪，氪）在静态操作模式和缓冲气体，如氦气的情况下。对气体（Kr或NH3）的灵敏度达到1 E13 cps Torr-1（约1011 cps/Pa）。该仪器能够在静态模式下长时间（长达48小时）测量气体，每次测量可以获得数千个同位素比率。同位素比率的误差遵循计数统计的预测，仪器在几天的测量中提供可重复的结果。例如，1.7E-10 Torr（2.3E-8 Pa）的Kr连续测量7小时，在86 Kr/84 Kr比率上产生0.6 permil的精度。对地球和地外样品的测量重现了文献中的值。基于QITMS设计的紧凑型仪器将具有足够高的灵敏度，以达到测量金星大气中收集的惰性气体的科学有效载荷所需的同位素比率精度（例如，129，131 - 136/130比率优于1%）。
2020-12-13 physics.ins-det
A magnetically-driven piston pump for ultra-clean applications
介绍了一种用于氙气再循环的磁驱动活塞泵。该泵的设计满足极高的纯度和密封要求，适用于通过EXO-200的纯化系统和大型液态氙TPC再循环同位素富集氙。该泵使用弹簧聚合物垫圈，能够以750埃的压差泵送超过16标准升/分钟（SLPM）的氙气。
2011-04-26 nucl-ex physics.ins-det
Progress toward Barium Tagging in High Pressure Xenon Gas with Single Molecule Fluorescence Imaging
我们提出了一个更新的技术发展，以适应单分子荧光成像标记的个别钡离子在高压氙气探测器，实现无背景的无中微子双β衰变技术的目标。回顾了以往报道的进展，包括最近使用SMFI证明单一钡离子敏感性。然后，我们描述了两个重要的进展：1）一类新的定制钡传感荧光染料的开发，其表现出显着更强的响应钡比商业钙敏感化合物在水溶液中; 2）干相钡离子的化学传感器的第一个演示。本论文记录了在法国巴黎举行的第九届大型TPC罕见事件探测研讨会上提出的工作。
2019-01-09 nucl-ex physics.ins-det
Search for the Migdal effect in liquid xenon with keV-level nuclear recoils
本研究利用标记中子产生的 7.0±1.6 keV 核反冲，在液氙中首次直接寻找 M、L 壳层电子的 Migdal 效应，但未发现符合预言的信号，并分析其原因与影响。
2023-07-24 hep-ex physics.ins-det
Development of a novel high-sensivitiy LAr purity monitor based on an $α$-source
研制了一种新型的液氩纯度监测器，其灵敏度可达ppb级（O $_2$当量）。这种高纯度例如在LAr漂移室中是需要的。其原理是测量LAr中准自由电子的寿命，因为这是漂移室操作的重要参数。自由电子是通过用$α$ -粒子电离LAr产生的，该粒子由同位素$^{210}Pb$源的$^{210}Po$链子体发射。通过测量漂移路径开始和结束时电子云的电荷以及漂移时间，可以获得电子的寿命。$α$ -粒子具有约50 μ $m in LAr and the ionization density is very high, typically between $ 750 <$1500 \rm MeV/cm $, leading to a high recombination rate. To suppress the recombination of the argon ions with the electrons, the $ α $-source was put in a strong electric field of $ 40 <$150 $ kV/cm的非常短的范围。这是通过将源沉积在直径约为0.5 mm的球形高压阴极的表面上来实现的。阳极也被制成与阴极直径大致相同的球体，因此，靠近两个电极之间的轴，电漂移场近似为偶极场。
2004-12-26 physics.ins-det
High purity NaI(Tl) scintillator to search for dark matter
研制了一种高纯度、大体积的NaI（Tl）闪烁体，用于宇宙暗物质的探测。放射性杂质（RI）如U链、Th链的所需密度小于几个ppt以建立对暗物质的高灵敏度。通过对坩埚原材料的选择和对碘化钠原料粉中铅离子的化学还原，有效地降低了放射性核素的杂质。在NaI（Tl）晶体中，杂质$^{226}$ Ra被还原到100 $μ$ Bq/kg以下。应该注意的是，通过化学处理NaI原料粉末，将难以减少的杂质$^{210}$ Pb有效地减少到小于30 $μ$ Bq/kg。使用250 kg高纯度和大体积NaI（Tl）闪烁体（PICO-LON;用于低背景Neutr（al）ino的纯无机晶体天文台）对宇宙暗物质的预期灵敏度为7 $\times$ 10 $^{-45}$ cm $^{2}$（对于50 GeV $/c^{2}$ WIMP）。
2016-05-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Enhancing Neutrinoless Double-Beta Decay Sensitivity of Liquid-Xenon Time Projection Chamber with Augmented Convolutional Neural Network
Columbia University（哥伦比亚大学）；Nikhef and the University of Groningen, Van Swinderen Institute（NIKHEF与格罗宁根大学范斯温德伦研究所）；Kamioka Observatory, Institute for Cosmic Ray Research, and Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), University of Tokyo（东京大学神冈观测站、宇宙线研究所及Kavli宇宙物理数学研究所（WPI））；Physik-Institut, University of Zürich（苏黎世大学物理研究所）；LPNHE, Sorbonne Université, CNRS/IN2P3（索邦大学LPNHE，CNRS/IN2P3）；Institut für Kernphysik, University of Münster（明斯特大学核物理研究所）；INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso and Gran Sasso Science Institute（意大利国家核物理研究所大萨索国家实验室与大萨索科学研究所）；Department of Physics, Enrico Fermi Institute & Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学费米研究所与Kavli宇宙物理研究所物理系）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；New York University Abu Dhabi - Center for Astro, Particle and Planetary Physics（纽约大学阿布扎比分校天体、粒子与行星物理中心）；SUBATECH, IMT Atlantique, CNRS/IN2P3（IMT大西洋学院SUBATECH，CNRS/IN2P3）
本文提出增强卷积神经网络模型，用于提高液氙时间投影室对中微子less双β衰变的灵敏度，通过背景抑制提升探测能力。
2026-03-20 hep-ex physics.data-an physics.ins-det
Purity benchmarking study of error coherence in a single Xmon qubit
本研究利用纯度基准测试（PB）在 1110 小时内观测单个 Xmon 量子比特，发现非相干误差主要源于宽频带扩散源且对频率不敏感，而相干误差对频率变化和电报噪声敏感，推测由强耦合二能级系统缺陷引起，证明 PB 比传统弛豫时间测量能更全面地捕获量子系统的动态相互作用。
2024-07-10 physics.data-an physics.ins-det quant-ph
Tritiated methane reduction in the PandaX-4T experiment via purge and cryogenic distillation processes
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Yalong River Hydropower Development Company, Ltd.（雅砻江流域水电开发有限公司）；Tsung-Dao Lee Institute（李政道研究所）；Shanghai Jiao Tong University Sichuan Research Institute（上海交通大学四川研究院）；Jinping Deep Underground Frontier Science and Dark Matter Key Laboratory of Sichuan Province（锦屏深地前沿科学与暗物质四川省重点实验室）；Institute of Refrigeration and Cryogenic（制冷与低温研究所）；Yantai University（烟台大学）
针对PandaX-4T暗物质实验中氚化甲烷杂质限制低能探测灵敏度的问题，采用加热氙气吹扫结合优化参数后的低温蒸馏工艺去除氚化甲烷，成功将5.7吨氙中的氚化甲烷浓度降低一个量级，验证了方法有效性。
2025-10-28 hep-ex physics.ins-det
Feasibility of Liquid-phase Xenon Proportional Scintillation for Low-energy Physics
针对双相氙TPC气隙技术挑战及单电子本底问题，研究验证纯单相液氙TPC的比例闪烁能力，证实其仍可区分电子与核反冲，且S2后单电子本底大概率与液-气界面无关。
2024-08-03 hep-ex physics.ins-det
Backgrounds and sensitivity of the NEXT double beta decay experiment
NEXT（Neutrino Experiment with a Xenon TPC）是一个无中微子双β（ββ0ν）衰变实验，将在Canfranc地下实验室（LSC）进行。它是一种电致发光高压气态氙时间投影室（TPC），具有用于量热和跟踪的单独读出平面。能量分辨率和背景抑制是任何无中微子双β衰变实验的两个关键特征。NEXT在$^{136} $的Q值处具有良好的能量分辨率（<1% FWHM），并且具有用于由轨道重建提供的背景识别的额外句柄。利用NEXT的背景模型，基于探测器模拟和探测器放射性纯度的评估，我们可以确定对NEW中ββ2ν模式测量的灵敏度和对NEXT 100中ββ0ν搜索的灵敏度。通过这种方式，我们可以预测的背景率的$ 5\times10^{-4}\ $计数/（千电子伏千克年），和马约拉纳中微子质量的灵敏度下降到100毫电子伏后，5年的运行NEXT 100。
2014-10-24 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Development of Dual-phase Xenon TPC with a Quartz Chamber for Direct Dark Matter Search
在双相氙时间投影室（TPC）中密封石英室的想法有可能提高未来直接搜索暗物质的探测器灵敏度。在未来的暗物质实验中，TPC探测器面临的一个主要挑战是减少内部背景，如$^{222}$ Rn和电离信号的恶化，由于电负性杂质。密封的石英腔室可以将TPC的敏感体积与外部干扰隔离，因此预计可以防止由放射性和负电性杂质引起的污染，这些杂质来自外部检测器材料。在日本的神冈天文台，我们开发了一种TPC，它带有一个石英腔室，其中含有$ϕ48 \times 58$ mm体积的液体氙。在这个开发阶段，我们的目标不是石英腔室的完美密封性。我们的目标有两个：首先，通过使用校准源来证明TPC中石英材料的存在不会影响其操作;其次，对TPC的特性进行定量测量。在75- 384 V/cm的电场范围内，我们成功地测量了液体氙中电子的漂移速度为1.2- 1.7 mm/ $μ$ s，还观察到单个电离电子产生的小S ~ 2信号，光产额为16.5 $\pm$ 0.5 PE。这些结果与预期值一致;因此，我们的演示为结合石英室的TPC提供了原理证明。
2020-09-13 hep-ex physics.ins-det
Single Molecule Fluorescence Imaging as a Technique for Barium Tagging in Neutrinoless Double Beta Decay
背景抑制是未来无中微子双β衰变实验成功的关键。为了实现对$\sim10^{28}$年的有效马约拉纳寿命的灵敏度，背景必须被控制为优于每年每吨0.1个计数，这超出了任何现有技术的范围。本文提出了一种新的方法来鉴别$^{136}$氘无中微子双β衰变中钡子离子的诞生。该方法采用单分子荧光成像，这是一种来自生物化学研究的技术，具有已证明的单离子灵敏度。我们探索可能的SMFI染料适合的问题，在高压氙气中的钡离子检测，并开发一个光纤耦合传感系统，我们可以检测到大量的Ba $^{++}$离子远程的存在。我们表明，我们的传感器产生的信号与背景的比例高达85时，在水溶液中操作时，在响应Ba $^{++}$离子。然后，我们描述了这个研发计划的下一阶段，这将是证明氙气中的螯合和荧光。如果能够成功地利用适用于高压氙气探测器的SMFI开发出钡离子标记物，则可以实现第一个基本上为零背景、吨级无中微子双β衰变技术。
2016-09-20 hep-ex physics.ins-det
High sensitivity characterization of an ultra-high purity NaI(Tl) crystal scintillator with the SABRE proof-of-principle detector
我们提出了一个3.4公斤的碘化钠（铊）晶体闪烁体在SABRE的原理验证探测器设置操作的放射性纯度的新结果。通过直接计数放射性$^{40}$ K确定的钾污染量为$2.2\pm1.5$ ppb，这是NaI（Tl）晶体所达到的最低值。在主动否决下，晶体中1-6 keV能量感兴趣区域（ROI）的平均本底率为$1.20\pm0.05$计数/天/kg/keV，这是自DAMA/LIBRA实验以来的突破。我们的背景模型表明，该速率是由$^{210}$铅和约一半的这种污染位于聚四氟乙烯反射器。我们讨论了晶体制造的持续发展，旨在进一步减少背景，包括通过区域精炼纯化的数据。ROI中低于$\sim$ 0.2计数/天/kg/keV的预计本底率是可以达到的。这些结果代表了下一代碘化钠（铊）探测器阵列的直接探测暗物质粒子的发展的基准。
2021-05-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Ton-scale Xenon Gas TPC for $0νββ$ Search at Atmospheric Pressure
University of Texas at Arlington（德克萨斯大学阿灵顿分校）
本文提出一种常温常压运行的吨级氙气时间投影室，利用事件拓扑高效抑制γ本底，实现约10^27年灵敏度的无中微子双β衰变搜索。
2026-11-03 hep-ex physics.ins-det
Sensitivity of a tonne-scale NEXT detector for neutrinoless double beta decay searches
氙TPC中微子实验（NEXT）使用高压氙气TPC和电致发光放大来研究氚-136的无中微子双β衰变。如果将这一技术扩大到大约1吨浓缩氙，则在不到5年的运行时间内，对无中微子双β衰变半衰期的灵敏度将超过1 E27年，使目前的极限至少提高一个数量级。这一预测是基于一个众所周知的背景模型占主导地位的放射源。这里提出的探测器的概念是一个引人注目的路径上的第一步，对中微子质量的逆序定义的参数空间的灵敏度，并超越。
2021-02-22 nucl-ex physics.ins-det
The XENONnT Dark Matter Experiment
XENONnT实验通过升级液氙时间投影室至5.9吨活跃目标并采用氡去除和中子否决系统降低背景，将WIMP暗物质探测灵敏度提升超一个数量级。
2025-08-13 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Sensitivity of the DARWIN observatory to the neutrinoless double beta decay of $^{136}$Xe
达尔文天文台是一个拟议中的下一代实验，以寻找粒子暗物质和$^{136}$的无中微子双β衰变。在其50吨$\,$总天然氙存量中，40吨$\,$将成为时间投影室的活动靶，因此该时间投影室含有约3.6吨的$^{136}$氙。在这里，我们表明，其预计的半衰期灵敏度为$2.4\times10^{27}\,$年，使用的基准体积为5吨的天然氙和10 $\,$年的操作与背景率小于0.2 $~$事件/（t $\cdot$年）的能量区域的利益。这种灵敏度是基于一个详细的蒙特卡罗模拟研究的背景和事件拓扑结构的大，均匀的目标。达尔文将在其科学范围内与专门的双β衰变实验相媲美，该实验使用了富含$^{136}$的氙。
2020-09-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Dark Matter Directionality Revisited with a High Pressure Xenon Gas Detector
在方向敏感探测器中观测暗物质相互作用的各向异性，将为发现银河系暗物质提供决定性的证据。方向信息也将为理解其在本地宇宙中的分布提供关键的输入。现有的定向暗物质探测器大多采用低压气体时间投影室中的粒子跟踪方法。这些低压探测器需要非常大的体积，以便在超过当前限制的物理搜索中具有竞争力。为了避免这些体积限制，我们考虑一种新的建议，它利用了在高压气体时间投影室的柱状复合效应。在探测器中观察到的闪烁与电离信号的比率携带粒子相互作用的角度信息。在本文中，我们研究了未来的定向探测器的灵敏度集中在建议的高压氙气时间投影室。我们研究了探测暗物质速度分布各向异性的前景。我们发现，需要几十个事件，以排除各向同性分布的暗物质相互作用在95%的置信水平，在最乐观的情况下，头到尾的信息。然而，对于50 GeV以下的轻暗物质，需要至少10-20倍以上的事件，而没有头到尾的信息。对于中间质量范围，我们发现观察暗物质分布的各向异性是具有挑战性的。我们的研究结果还表明，方向信息显着提高精确测量的暗物质质量和弹性散射截面的重暗物质。
2015-11-19 hep-ph physics.ins-det
Production of high purity TeO2 single crystals for the study of neutrinoless double beta decay
制备了高纯TeO_2晶体，用于寻找~（130）Te的无中微子双β衰变。根据稀有事件物理实验特定的放射性纯度限制，建造了原料合成、晶体生长和表面处理的专用生产线。本文报道了TeO_2晶体生产中原料、反应物、消耗品、辅料和中间产品中放射性同位素浓度的高灵敏度测量。生产和认证协议，并得到的准备使用的TeO 2晶体进行了说明。
2010-05-20 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
Disentangling X-ray dichroism and birefringence via high-purity polarimetry
高亮度同步辐射光源为X射线偏振分析开辟了新的途径，远远超出了光学领域的传统偏振测量。使用交叉设置的线性X射线偏振器，可以实现低至10 $^{-10}$的偏振消光比。这使得该方法对探针最微小的光学各向异性敏感，例如，在强场QED中由于真空双折射和二向色性而发生的光学各向异性。在这里，我们表明，高纯度旋光法可以用来揭示电子各向异性凝聚态系统的最大灵敏度和光谱分辨率。以CuO和La $_2$ CuO $_4$为基准系统，我们提出了一个完整的表征整个铜K-吸收边的偏振变化和它们的分离成二向色性和双折射的贡献。在衍射极限的同步辐射光源和X射线激光器中，可以实现10 $^{-12}$的偏振消光比，我们的方法有可能评估极端电磁场中量子真空的双折射和二向色性。
2021-01-05 physics.ins-det physics.optics
Sensitivity of the NEXT-100 detector to neutrinoless double beta decay
一个高压氙气时间投影室与电致发光放大（EL HPGSTPC）寻找无中微子双β（$0νββ$）衰变提供：优秀的能量分辨率（$0.5-0.7\%$半高宽在$Q_{ββ}$），通过放大的电离信号与电致发光，和跟踪能力，所展示的NEXT合作使用两个公斤级的原型。NEXT合作项目正在建造一个EL HPGST-TPC，能够容纳100 kg（NEXT-100）同位素富集在${{}^{136}\rm Xe}$中的氙。NEXT-100探测器计划于2018年在Canfranc Subterráneo（LSC）安装和调试。NEXT-100探测器的当前估计本底水平为关注能量区域内的$4\times10^{-4}$计数/keV-kg-yr或更低。假设在$Q_{ββ}$处的能量分辨率为0.75 $\%$ FWHM，$0νββ$信号效率约为28 $\%$，这给出了对于275 kg/年的暴露量，对$T^{0ν}_{1/2}>6.0\times10^{25}$/年的$0νββ$衰变半衰期的预期灵敏度（在90 $\%$ CL处）。NEXT实验的第一阶段称为NEW，目前正在LSC进行。新探测器是NEXT-100探测器的1：2尺寸（1：10质量），使用相同的材料和光电传感器，并将用于进行$0νββ$背景的表征和中微子标准双β衰变（${2νββ}$）的测量。新检测器中${2νββ}$信号的8 σ显著性估计为100天运行。
2017-01-10 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Nuclear Recoil Calibration at Sub-keV Energies in LUX and Its Impact on Dark Matter Search Sensitivity
为拓展双相氙TPC探测器对低质量暗物质的探测能力，本研究通过脉冲Adelphi氘-氘中子发生器在LUX探测器上原位校准，实现keV以下核反冲的光和电荷响应直接测量，为低质量暗物质搜索提供关键数据支撑。
2025-02-18 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
