The NEXT experiment: A high pressure xenon gas TPC for neutrinoless double beta decay searches
无中子双β衰变（英语：Double beta decay）是一种假设的、非常慢的核跃迁，其中两个中子同时经历β衰变而没有中微子的发射。这个过程的重要性超出了它的内在利益：一个明确的观察将建立中微子的马约拉纳性质，并证明轻子数的违反。NEXT是一个新的实验，使用放射纯高压氙气TPC寻找无中微子双β衰变，充满了100公斤浓缩的氚-136。NEXT将是第一款使用SOFT（分离、优化功能）技术的电致发光读出的大型高压气体TPC。该设计包括非对称TPC，在透明阴极后面有光电倍增管，在阳极后面有位置敏感的光像素。该实验已被批准于2014年在西班牙Canfranc Subterráneo（LSC）开始数据采集。
2012-10-15 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Operating a large-diameter dual-phase liquid xenon TPC in the unshielded PANCAKE facility
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
在未屏蔽的PANCAKE设施中，通过稳定运行大直径双相液氙TPC，验证了在高背景环境下进行TPC性能表征的可能性，并展示了降低TPC阈值的潜力。
2026-01-22 physics.ins-det
Pattern recognition of $^{136}$Xe double beta decay events and background discrimination in a high pressure Xenon TPC
高压气体探测器为检测罕见事件提供了优势，其中背景减少至关重要。高压氙气时间投影室（TPC）对136氚的无中微子双β衰变具有很好的能量分辨率和详细的拓扑信息。气态氙中136氘的双β衰变事件的电离拓扑结构具有由两个离散电子径迹定义的特征形状，这两个电子径迹最终形成两个较高电离电荷密度的斑点。通过适当的像素化读出，这种拓扑信息对于执行强大的背景区分是非常宝贵的。在这项研究中，我们进行了详细的模拟信号的拓扑结构，以及竞争的拓扑结构，从伽马事件，通常构成在这些能量的背景。我们基于图论概念定义了可观测量，并开发了自动判别算法，该算法将背景水平降低了约三个数量级，同时保持了40%的信号效率。这一结果支持了目前或未来基于气体TPC的双β实验的竞争力，例如目前正在Canfranc Subaragio de Canfranc（LSC）建造的中微子氙TPC（NEXT）。
2013-10-17 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
R2D2 TPC: first Xenon results
本文报告R2D2项目首次氙气运行结果，比较球形与圆柱形径向TPC性能，CPC在1 bar氙气、17 cm漂移距离下实现1.4% FWHM能量分辨率，为ββ0ν搜寻提供新探测途径。
2023-09-24 hep-ex physics.ins-det
Development and Characterization of a Multi-APD Xenon Electroluminescence TPC
在3.8巴的纯氙压力下，研究了采用多雪崩光电二极管（APD）读出的电致发光（EL）时间投影室（TPC）的性能。相互校准和重建方法的开发和应用的数据产生的能量分辨率为5.3 $\pm$ 0.1半高宽为59.5 keV的伽马从$^{241}$ Am。该结果用基于Geant 4和Penelope的Monte Carlo（MC）再现，其预测所使用的设置的5.2 \% FWHM。APD间距为15 mm时，点分辨率为$\approx 0.5$ mm。这些结果表明，多APD读出是一种有竞争力的技术，为EL探测器填充纯氙。
2014-12-18 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
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
First results of a large-area cryogenic gaseous photomultiplier coupled to a dual-phase liquid xenon TPC
我们讨论了低温气体光电倍增管（GPM）的发展的最新进展，可能用于暗物质和其他稀有事件的搜索使用贵液体目标。我们目前的结果，从10厘米直径的GPM耦合到双相液体氙（LPERS）TPC，证明-第一次-的可行性，记录主要（“S1”）和次要（“S2”）的闪烁信号。该探测器包括三重厚气体电子倍增器（THGEM）结构，第一个元件上有碘化铯光电阴极;它被证明在180 K下稳定工作，增益超过10^5，即使在存在包含数千个光电子的大α粒子诱导的S2信号的情况下也能提供高的单光子探测效率。以1.2 ns（RMS）的时间分辨率记录S1闪烁信号。5.5 MeV α粒子的S2电致发光的能量分辨率（σ/E）为~ 9%，这与在具有PMT的XENON 100 TPC中获得的能量分辨率相当。结果进行了讨论的背景下，潜在的GPM部署在未来的多吨贵液探测器。
2015-08-03 physics.ins-det
Helium-Xenon mixtures to improve topological signature in high pressure gas Xenon TPCs
在氙基双β衰变实验的框架内，我们提出了通过减少漂移电子的扩散来提高电致发光时间投影室（EL TPC）的背景抑制的可能性，同时保持几乎完整的纯氙EL TPC的能量分辨率。基于最先进的微观模拟，大量添加大约10%或15%的氦可以将横向扩散从纯氙的10.5 mm/$\sqrt{\mathrm{m}}$急剧降低到2.5 mm/$\sqrt{\mathrm{m}}$。纵向扩散保持在4 mm/ $\sqrt{\mathrm{m}}$左右。还进行了光产生研究。它们表明，这种变化引起的能量分辨率的相对变化不超过百分之几，这使得能量分辨率几乎没有变化。在氦气氛中使用光电倍增管的技术警告也详细讨论。
2018-12-20 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
New gas mixtures suitable for rare event detection using a Micromegas-TPC detector
所提出的工作的目的是进一步开发基于Micromegas-TPC的技术，以达到高气体增益和良好的能量分辨率，并寻找适合于稀有事件探测的气体混合物。本文的重点是氙，它便于寻找136欧姆的无中微子双β衰变。相反，少量的氙与CF 4的混合物可以减少CF 4中的吸附.这种气体混合物将适合于暗物质的搜索和太阳中微子和反应堆中微子的研究。Micromegas飞机的各种配置进行了研究和描述。
2008-12-29 hep-ex physics.ins-det
A liquid xenon TPC for a medical imaging Compton telescope
“3γ成像”是我们课题组近年来研究的一项新的医学成像技术。为了证明这种技术的可行性，我们已经建造了一个小型的液体氙时间投影室原型。采用超低噪声前端电子学，高精度地测量了511 keV γ射线能量沉积和分辨率随漂移电场（E）的变化。通过测量载流子的漂移速度和时间分辨率，估计z分辨率为500 μm。
2011-12-05 physics.ins-det
Operation and performance of a dual-phase crystalline/vapor xenon time projection chamber
我们已经建立并运行了一个晶体/蒸汽氙TPC，目标是改善对暗物质的搜索。该仪器的动机是，β从氡衰变链衰变到基态目前限制了最先进的液体/蒸气氙实验。相比之下，由于氡链衰变的时间和能量特征，晶体氙靶具有标记和拒绝氡链背景的潜力。本文是第一个演示的晶体/蒸汽氙TPC与电致发光（气体增益）的电子信号读出。它还表明，在晶体氙的闪烁产额似乎是相同的，在液体氙，在以前的结果相反。
2022-03-30 astro-ph.IM 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
Reduction of $^{222}$Rn-induced Backgrounds in a Hermetic Dual-Phase Xenon Time Projection Chamber
$^{222}$ Rn从探测器表面的连续发射导致当前液体氙时间投影室（TPC）搜索暗物质的主要背景。下一代探测器的目标是达到中微子层，如DARWIN。$^{222}$ Rn感应背景可以使用密封TPC来降低，其中敏感目标体积与包含大部分Rn放射表面的检测器的其余部分机械分离。我们提出了一种密封TPC，主要遵循领先的氙气TPC的完善设计，并已成功运行了几个星期。通过按比例放大的结果达到达尔文规模，我们表明，密封TPC的概念可以减少$^{222}$ Rn浓度到所需的水平，即使有不完善的分离的卷。
2022-09-01 astro-ph.IM physics.ins-det
The first dual-phase xenon TPC equipped with silicon photomultipliers and characterisation with $^{37}$Ar
第一次，一个小型的双相（液体/气体）氙时间投影室配备了一个顶部阵列的硅光电倍增器的光和电荷读出。在这里，我们详细描述了仪器，以及数据处理和事件位置重建算法。我们在水平面上获得了~1.5 mm的空间分辨率。为了验证检测器的性能，我们显示校准数据与内部$^{83\text{m}}$ Kr和$^{37}$ Ar源，我们详细介绍了后者的生产以及其引入系统。我们最后比较观察到的光和电荷产量下降到电子反冲能量为2.82千电子伏的预测的基础上NEST v2.0。
2021-11-01 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Micromegas-TPC operation at high pressure in xenon-trimethylamine mixtures
在这项工作中，我们提出了一个系统的研究Micromegas探测器在高压气态氙使用三甲胺（TMA）作为淬灭气体。气体增益和能量分辨率为22.1 keV的X射线测量的压力在1和10巴之间和各种相对浓度的TMA从0.3%到15%。我们观察到稳定的操作在所有的压力，和一个强烈增强的气体增益，暗示潘宁样的能量转移过程。该效应在所有压力下都存在，并且在1.5%至3%的TMA浓度范围内最强。在此浓度范围内运行时，最大增益在1（10）bar下达到高达x10^3（x10^2）的值。此外，对于22.1 keV X射线可实现的能量分辨率明显优于先前在纯超导体中获得的能量分辨率，对于1（10）巴下降到7.3%（9.6%）FWHM。这些结果对高压气体双稳TPC的量热应用，特别是对寻找氘-136的无中微子双β衰变是有意义的。在1（10）bar的Qbb-136值下，实现的分辨率将外推至0.7%（0.9%）FWHM。
2012-11-23 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
A Dual-phase Xenon TPC for Scintillation and Ionisation Yield Measurements in Liquid Xenon
一个小规模的两相（液体/气体）氙时间投影室（Xurich II）已在苏黎世大学设计、建造并投入运行。其主要目的是研究能量低于50 keV的液态氙中粒子相互作用的微观物理，这与使用氙作为靶材料的稀有事件搜索有关。在这里，我们详细描述了检测器，其相关的基础设施，以及为处理和分析数据而开发的信号识别算法。我们提出了新仪器的第一个特征与校准数据从内部83 m-Kr源。零场光产额分别为15.0和14.0光电子/keV，在9.4 keV和32.1 keV，在1 kV/cm的电子漂移场的相应值分别为10.8和7.9光电子/keV。在这些能量下的电荷产率为28和31电子/keV，其中每一个电子提取到气相中的比例闪烁产率为24个光电子，电子寿命为200 $μ$ s。相对能量分辨率，$σ/E$，分别为11.9%和5.8%，在9.4 keV和32.1 keV，使用闪烁和电离信号的线性组合。我们得出结论，在各种电场的电子漂移速度的测量，并比较这些文献值。
2017-12-22 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Design and performance of a high-pressure xenon gas TPC as a prototype for a large-scale neutrinoless double-beta decay search
本文介绍了一种用于大规模无中微子双β衰变研究的具有电致发光细胞读出结构的高压氙气时间投影室。为了评估探测器的性能并验证其设计，正在建造一个180 L的原型，并已进行了部分探测器的调试。在511 keV下，4.0 bar下获得的能量分辨率为1.73 $\pm$ 0.07%（FWHM）。用外推法估计$^{136}$无中微子双β衰变β衰变Q值的能量分辨率在0.79 ~ 1.52%（FWHM）之间。重建的事件拓扑显示了跟踪终点所特有的模式，该模式可用于区分$0νββ$信号和伽马射线背景。
2020-02-19 hep-ex nucl-ex 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
Micromegas-TPC operation at high pressure in Xenon-trimethylamine mixtures
在这项工作中，我们提出了一个小的Micromegas-TPC使用氙-三甲胺（Xe-TMA）Penning混合物作为填充气体进行测量。气体增益和能量分辨率为22.1 keV的X射线的测量，跨越几个TMA浓度和压力之间的1和10巴。在这个压力范围内，最好的能量分辨率和最大的增益增加在恒定的字段（一个标准的数字，用于表征潘宁类能量转移）被观察到在1.5%-2.5%的TMA区域。增益增加（在恒定场）高达100倍和最佳的能量分辨率提高了高达3倍，相对于一个以前报道的纯双操作Micromegas，可以获得。由于混合物的VUV猝灭特性，可实现的总体最大增益也显著增加（在10巴下高达400），比纯的UV高3倍。此外，初步测量的电子漂移速度在一个修改后的设置已被执行，并显示出良好的协议，从Magboltz获得的。这些结果对气体微扰热光子晶体的量热应用，特别是对寻找氘-136的无中微子双β衰变具有重要意义。
2013-03-22 physics.ins-det
First proof of topological signature in the high pressure xenon gas TPC with electroluminescence amplification for the NEXT experiment
NEXT实验的目的是观察高压Xe 136气体TPC中氙的无中微子双β衰变，使用电致发光（EL）放大电离信号。该技术的主要优点之一是可以重建能量接近Qbb的事件的拓扑结构。本文提出了第一个演示，拓扑结构提供了额外的处理，以拒绝背景事件使用的NEXT-DEMO原型获得的数据。由Na 22 1275 keV γ相互作用产生的单电子和由来自Th 228衰变链的γ转换产生的电子-正电子对被用于表示双β衰变中的背景和信号。这些数据被用于开发用于轨迹重建和端点处沉积的能量的识别的算法，提供24.3 ± 1.4（统计）%的额外背景抑制因子，同时对于信号事件保持66.7 ± 1%的效率。
2016-01-18 hep-ex physics.ins-det
Xenon doping of Liquid Argon in ProtoDUNE Single Phase
深地下中微子实验（DUNE）将是下一代长基线中微子实验。远探测器设计为四个LAr-TPC（液氩时间投影室）模块的复合体，每个模块具有17 kt液氩。第一个远探测器技术的开发和验证是通过ProtoDUNE单相（ProtoDUNE-SP）进行的，ProtoDUNE-SP是CERN中微子平台上的770 t LAr-TPC。DUNE中至关重要的是光子探测系统，它将确保非束事件的触发-质子衰变，超新星中微子爆发和BSM搜索-并将改善中微子束事件的计时和量热。用氙掺杂液态氩是一种已知的技术，用于将氩发射的光（128 nm）偏移到更长的波长（178 nm）以便于其检测。在ProtodUNE-SP中进行了有史以来在LAr-TPC中进行的最大规模的氙气掺杂测试。从2020年2月到5月，注入的氙气量逐渐增加，以补偿由于空气污染造成的光损失。使用ProtoDUNE-SP光子探测系统（PDS）和运行前安装的专用装置研究了这种大型TPC的响应。利用第一种方法，可以研究相对于轨道位置的光收集效率，而利用第二种方法，可以区分氙气光和LAr光。即使在小的氙浓度（质量< 20 ppm）下，光移位机制也被证明是高效的，此外，它允许回收被污染物猝灭的光。光收集在远离检测平面处得到改善，增强了光子检测器沿漂移方向的响应均匀性，并证实了相对于128 nm光子，178 nm光子的瑞利散射长度更长。监测TPC的电荷收集，证明氙…
2021-10-30 physics.ins-det
Electroluminescence TPCs at the thermal diffusion limit
NEXT实验的目的是使用高纯度氙TPC从${}^{136}$氘同位素中寻找假设的无中微子双β衰变。有效的歧视的事件，通过模式识别的拓扑结构的初级电离轨道是实验的主要要求。然而，它受到电子扩散的限制。众所周知，向氙中加入一小部分分子气体会减少电子扩散。另一方面，电致发光（EL）产率下降并且可实现的能量分辨率可能受到损害。在小型无漂移气体正比闪烁计数器样机上，研究了氙中加入几种分子气体（CO ${}_{2}$，CH ${}_{4}$和CF ${}_{4}$）对电致发光产额和能量分辨率的影响。我们比较了我们的结果闪烁特性（EL产率和能量分辨率）与微观模拟，获得在这些条件下的扩散系数。因此，对于CO ${}_{2}$、CH ${}_{4}$和CF ${}_{4}$，分别使用约0.05%、0.2%和0.02%的添加剂浓度，电子扩散可以从纯氙的约10 mm/ $\sqrt{\mathrm{m}}$降低到2.5 mm/ $\sqrt{\mathrm{m}}$。我们的研究结果表明，CF ${}_{4}$混合物在这些条件下呈现最高的EL产率，但由于在EL形成中观察到的巨大波动，能量分辨率非常差。CH ${}_{4}$呈现最佳的能量分辨率，尽管EL产率最低。将氙混合物的结果外推至NEXT-100 TPC的操作条件。CO ${}_{2}$和CH ${}_{4}$显示出作为大氙TPC中的分子添加剂的潜力，…
2018-10-30 hep-ex physics.ins-det
Optimal operating parameters for next-generation xenon gas time projection chambers
University of Texas at Arlington（阿灵顿德克萨斯大学）
本文研究了下一代GXeTPC探测器的设计参数对实验性能的影响，发现使用富集氙气的探测器在背景率方面优于自然氙气，且通过优化气体添加剂可有效降低扩散，实现背景率低于0.2事件/吨年。
2026-03-17 hep-ex physics.ins-det
Characterisation of NEXT-DEMO using xenon K$_α$ X-rays
NEXT实验的目的是观察$^{136}$在高压气体TPC中的无中微子双β衰变，使用电致发光（EL）放大电离信号。了解探测器的响应对于实现一致且易于理解的能量测量至关重要。在数据采集过程中氙k壳层x射线发射的丰度已被确定为表征气体基本参数以及均衡检测器响应的多功能工具。NEXT-DEMO原型是一个约1.5 kg体积的TPC，充满了天然氙气。它采用了一个阵列的19个光电倍增管作为能量平面和256 SiPM作为跟踪平面的TPC光管和SiPM表面涂有四苯基丁二烯（TPB），作为波长移位器的VUV闪烁光产生的氙。本文介绍了用K $_α$ X射线淀积测量TPC中电子漂移的性质、EL产生区的影响以及位置相关校正常数的提取。这些常数用于均衡检测器对$^{22}$ Na γ射线留下的沉积物的响应。
2014-11-05 hep-ex physics.ins-det
Prospects of charge signal analyses in liquid xenon TPCs with proportional scintillation in the liquid phase
随着液态氙TPC在追求直接探测WIMP暗物质的同时目标质量的增加，由于其尺寸而产生的技术挑战需要新的解决方案，并开启了关于替代探测器概念的讨论。液体氙中的比例闪烁允许单相设计，从而避免了与双相TPC中所需的液-气界面和精确气隙相关的所有问题。除了不同的闪烁机制，成功的检测和分析方案的国家的最先进的实验是保持在这种方法。我们研究的影响，在一个单相检测器的DARWIN尺寸，其中的比例闪烁信号的快速定时允许的电离信号中的单个电子的精确识别的电荷信号分析。这样的离散电子计数方法导致一个更好的信号分辨率为低能量相比，经典的双相连续的方法。不存在液-气界面进一步显著地有益于仅S2的能量分辨率。这将闪烁和信号检测过程的不确定性降低到显著低于初级电离中不可减少的波动的水平。利用精确的电子时间信息进一步允许强大的单个与~多位点相互作用识别，93%的拒绝效率和98%的信号接受。这超过了达尔文天文台的设计目标，在非拒绝多站点中子事件的减少因子为4.2。
2022-04-13 astro-ph.IM physics.ins-det
Improved background rejection in neutrinoless double beta decay experiments using a magnetic field in a high pressure xenon TPC
我们证明了应用外部磁场可以导致在使用高压氙（HPXe）TPC的无中微子双β（0 nbb）衰变实验中改进的背景抑制。高压腔室能够对电子轨迹成像，这一特征增强了信号事件（136欧姆的0 nbb衰变中发射的两个电子）与背景事件之间的分离，背景事件主要由与0 nbb衰变终点（Qbb）相容的动能的单个电子产生。施加足够高强度的外部磁场（对于在5-15个大气压范围内的操作压力，在0.5-1特斯拉的范围内）使电子产生螺旋轨道。假设轨道可以被适当地重构，则可以在沿着这些轨道的若干点处确定曲率的符号（方向），并且这样的信息可以用于将包含产生具有两个不同曲率方向的轨道的两个电子的信号（0 nbb）事件与产生应当在单个方向上螺旋的轨道的背景（单电子）事件分离。由于电子多重散射，这种策略在逐个事件的基础上不是完全有效的，但是可以构造统计估计器，其可以用于以适度的成本（大约100%）拒绝一个数量级的背景事件。30%）的信号效率。将该估计器与HPV 16 TPC的出色能量分辨率和拓扑特征识别特性相结合，可以达到每吨年照射少于一个计数的本底率。如此低的背景速率是下一代0 nbb实验的基本特征，旨在充分探索中微子质量的逆层次。
2015-09-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Dual-Phase Liquid Xenon Detectors for Dark Matter Searches
填充液态惰性气体氙的双相时间投影室是目前在实验室条件下研究WIMP暗物质相互作用的最灵敏的探测器。这是通过结合一个大的，单片暗物质目标的一个非常低的背景与能力，本地化的相互作用顶点在三维空间，允许目标基准化和多重散射拒绝。通过同时测量来自粒子相互作用的闪烁和电离信号，进一步降低了双相LPETTPC中的背景，这用于区分信号和背景特征。本文综述了双相液相色谱法的原理，并提供了有关运行以及未来的实验工作的概述。
2014-08-07 astro-ph.IM physics.ins-det
In-situ high voltage generation with Cockcroft-Walton multiplier for xenon gas time projection chamber
Tohoku University（东北大学）；Kyoto University（京都大学）；University of Tokyo（东京大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构 (KEK)）
本文提出利用科克罗夫特-沃尔顿乘法器在位生成高压，用于氙气时间投影室，提升其在高压力下运行的电子噪声抑制能力，并实现高能量分辨率。
2025-05-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Secondary scintillation yield of Xenon with sub-percent levels of CO2 additive: efficiently reducing electron diffusion in HPXe optical TPCs for rare-event detection
我们已经测量了Xe-CO2混合物的电致发光（EL）产率，CO2浓度低于百分之一。我们表明，EL生产仍然是高的，在这些混合物中，70%和35%，相对于在纯氙气中产生的，CO2浓度约0.05%和0.1%，分别。在EL生产的能量分辨率的统计波动的贡献随着CO2浓度的增加而增加，并且对于我们的气体比例闪烁计数器，它小于浓度低于0.1%CO2的Fano因子的贡献。Xe-CO2混合物是基于EL信号放大的TPC中纯氙的重要替代物，其应用于稀有事件探测的重要领域，例如定向暗物质、双电子捕获和双β衰变探测。将CO2以0.05-0.1%的水平添加到纯氙中可以将电子扩散的尺度从10 mm/sqrt（m）显著降低到2.5 mm/sqrt（m），通过初级电离尾迹的拓扑结构的模式识别，对事件的HPP-TPC辨别效率具有高影响。
2017-04-13 physics.ins-det
Predicting the single-site and multi-site event discrimination power of dual-phase time projection chambers
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Stanford University（斯坦福大学）；University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
本文通过构建通用TPC模型，利用Fisher信息预测双相时间投影室区分单点和多点事件的理论能力，并通过模拟验证传统算法和神经网络在噪声下的性能。
2026-02-02 hep-ex physics.ins-det
Microscopic simulation of xenon-based optical TPCs in the presence of molecular additives
介绍了一种模拟氙基气体光学时间投影室（OTPC）中高能和低能电子输运的框架。模拟依赖于基本的截面（电子-原子和电子-分子），并结合，为了计算气体闪烁，反应/猝灭率（原子-原子和原子-分子）的前41个激发态的氙和相关的相关准分子，连同它们的辐射级联。结果与纯氙及其与CO $_2$和CF $_4$的混合物在0.1 ~ 10 bar压力范围内的观测结果进行了比较。这项工作揭示了一些光的基本过程中负责的主要和次要的氙闪烁机制的存在下的添加剂，这是感兴趣的OTPC技术。
2017-07-01 physics.ins-det
Proportional scintillation in liquid xenon: demonstration in a single-phase liquid-only time projection chamber
本文在小型单相纯液氙 TPC 中利用 83mKr 信号验证液相 S2 比例闪烁，测得最高 g2 增益及电子漂移、扩散参数，证明该类探测器可成功运行。
2024-09-18 physics.ins-det
Status and prospects of the NEXT experiment for neutrinoless double beta decay searches
NEXT（Neutrino Experiment with a Xenon TPC）是一个实验计划，其目标是在高压氙TPC中使用$^{136}$探测器，通过电致发光读出，发现无中微子双β衰变。在本文中，将报告NEXT-White探测器的结果，该探测器目前正在Canfranc Subterráneo（LSC）采集数据。还将简要讨论计划于2020年开始运行的NEXT-100装置的前景，以及将该技术扩展到充分探索中微子质量逆层次所需的大型和超低背景探测器的计划。
2019-06-04 hep-ex physics.ins-det
Near-Intrinsic Energy Resolution for 30 to 662 keV Gamma Rays in a High Pressure Xenon Electroluminescent TPC
我们目前的设计，数据和结果从NEXT原型的双β和暗物质（NEXT-DBDM）检测器，高压气体天然氙电致发光时间投影室（TPC），是在劳伦斯伯克利国家实验室建造的。它是计划中的NEXT-100 $^{136}$无中微子双β衰变（$0νββ$）实验的原型，其主要目标是演示能量高达662千电子伏的近本征能量分辨率，并优化NEXT-100探测器的设计和操作参数。在10和15大气压下，对662 keV γ射线获得了$\sim$ 1% FWHM的能量分辨率，对30 keV荧光氙X射线获得了$\sim$ 5% FWHM的能量分辨率。这些结果表明，0.5%的半高宽分辨率为2,459 keV的假设中微子少双β衰变峰是可以实现的。该能量分辨率比当前领先的使用液体氙的$0νββ$实验的能量分辨率高7至20倍，因此代表了显著的进步。我们还提出了第一个结果，从轨道成像系统组成的64硅光电倍增器最近安装在NEXT-DBDM，随着出色的能量分辨率，展示了所需的NEXT-100 $0νββ$搜索的关键功能。
2012-11-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Characterization of alpha and beta interactions in liquid xenon
基于液体氙的探测器在稀有事件搜索中获得了很高的灵敏度。精确的知识的闪烁和电离响应的介质是必不可少的正确建模不同的相互作用类型的检测器，包括信号和背景一样的。在海德堡氙（Heidelberg Xenon）双相氙TPC中研究了液态氙对低能电子和α粒子的响应。我们确定的光和电荷的信号产量为千电子伏能量的电子和兆电子伏能量的α粒子，以及电子漂移速度为7.5和1640 V/cm之间的电漂移场。使用COMSOL Multiphysics（R）进行三维模拟，以表征所施加的漂移场及其均匀性。
2022-04-27 hep-ex physics.ins-det
Design and construction of Xenoscope -- a full-scale vertical demonstrator for the DARWIN observatory
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其他罕见的相互作用。它将运行一个50吨的液体氙探测器，其中40吨在时间投影室（TPC）。为了告知最终的探测器设计和技术选择，必须首先解决一系列技术问题。在这里，我们描述了一个全尺寸的演示在垂直方向，Xenoscope，实现电子漂移超过2.6米的距离，这是规模的达尔文TPC的主要目标。我们设计并建造了设施基础设施，包括低温恒温器，低温和净化系统，氙气储存和回收系统以及慢速控制系统。我们还设计了氙纯度监测器和TPC，前者的制造接近完成。在没有内部探测器的设施的第一次调试运行中，我们展示了Xenoscope的标称操作范围，并对低温和慢速控制系统的组件进行了基准测试，证明了所有子系统在40天内的可靠和连续运行。因此，基础设施已准备好集成纯度监测器，然后是TPC。该设备的进一步应用包括DARWIN高压馈通的研发、电子云扩散的测量以及液体氙的光学性质的测量。将来，Xenoscope将作为DARWIN合作的测试平台，以验证新的探测器技术。
2021-08-24 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Commissioning of the 2.6 m tall two-phase xenon time projection chamber of Xenoscope
本文介绍了XLZD合作组提出的天体粒子物理观测站演示装置Xenoscope的2.6米高两相氙TPC的建造调试，实现了液态氙中长距离电子漂移演示等目标，并观测到宇宙缪子的光与电荷信号。
2025-02-17 astro-ph.IM 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
Accurate gamma and MeV-electron track reconstruction with an ultra-low diffusion Xenon/TMA TPC at 10 atmospheres
我们报告的性能10大气压氙/三甲胺时间投影室（TPC）的X射线（30千电子伏）和γ射线（0.511-1.275兆电子伏）的检测结合相关电子的准确跟踪。当在如此高的压力和1%的混合物中操作时，除了形成方便的潘宁-荧光混合物之外，三甲胺（TMA）赋予氙极低的电子扩散（1.3 ± 0.13 mm-σ（纵向），0.8 ± 0.15 mm-σ（横向），沿1 m漂移）。TPC在其有效体积中容纳1.1 kg气体，在电荷放大模式下连续运行100个生存日。读出是通过最近推出的microbulk Micromegas技术和AFTER芯片进行的，为大约10 cm/MeV长的电子径迹提供了8 mm x 8 mm x 1.2mm的3D体素化。这项工作是作为NEXT合作的研发计划的一部分开发的，用于未来的探测器升级，以寻找136 kB中的0 bbnu衰变，特别是那些基于新型气体混合物的探测器。因此，我们最终专注于重建的MeV电子轨道的量热和拓扑性质。
2015-06-17 physics.ins-det
Measurement of Charge and Light Yields for $^{127}$Xe L-Shell Electron Captures in Liquid Xenon
使用双相氙时间投影室（LXe-TPC）的暗物质搜索依赖于它们在搜索信号样核反冲（NR）时拒绝背景电子反冲（ER）的能力。ER响应通常使用$β$ -衰变源（如氚）进行校准，但这些校准并不表征伴随原子空位的事件，如太阳中微子散射内壳层电子。这样的事件导致X射线和俄歇电子的发射，导致更高的电子-离子复合，从而比从$β$ -衰变校准推断的更像NR的响应。我们提出了一个交叉校准的氚$β$ -衰变和$^{127}$的电子捕获衰变（产生内壳层的空缺）在一个小规模的LXe-TPC，并给出了最精确的测量日期的光和电荷产额的$^{127}$的电子捕获在液体氙。我们观察到一个6.9 $σ$（9.2 $σ$）的差异，在L-壳层的捕获响应相对于氚$β$ -衰变，测量的漂移场为363 $\pm$ 14 V/cm（258 $\pm$ 13 V/cm），当与模拟调整，以重现正确的$β$ -衰变响应。在暗物质搜索中，使用忽略这一效应的背景模型会导致仅背景数千吨年照射量的过度覆盖（上限），但其水平远低于90\%C. L.的1- $σ$实验间变化。50 GeV/ $c^2$暗物质粒子相互作用速率的上限。
2021-12-14 hep-ex physics.ins-det
Electron transfer efficiency in liquid xenon across THGEM holes
针对大质量、高灵敏度WIMP暗物质探测的探测器设计难题，研究了涂有VUV光电阴极的THGEM在液态氙中的电子转移效率，实验证实实际电压下效率近100%，且电压依赖性与模拟吻合。
2023-11-09 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Preparation and measurement of an $\rm ^{37}$Ar source for liquid xenon detector calibration
School of Physics, Beihang University（北京航空航天大学物理学院）；Department of Physics&Center for High Energy Physics, Tsinghua University（清华大学物理系及高能物理中心）；Northwest Institute of Nuclear Technology（中核西北核技术研究所）；School of Physics, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院）
本文通过制备和测量氩-37作为液氙探测器的低能校准源，验证了其在暗物质实验中的校准有效性。
2025-09-05 hep-ex physics.ins-det
Design and production of the high voltage electrode grids and electron extraction region for the LZ dual-phase xenon time projection chamber
双相氙时间投影室（TPC）是直接探测实验寻找WIMP暗物质、其他暗物质模型和无中微子双β衰变的有力工具。这种TPC的成功操作关键取决于在大量液体、整个液体表面和气体中保持高电场的能力。因此，需要仔细设计和构造用于建立这些场的电极。我们介绍了LUX-ZEPLIN（LZ）实验的高压电极的设计和生产，一套四个编织网格线栅。栅极设计驱动程序进行了讨论，重点放在电子提取区域的设计。接下来，我们将描述网格生产过程，并讨论在集成到TPC之前验证LZ网格所采取的步骤。
2021-06-11 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Dual-phase xenon time projection chambers for rare-event searches
本文综述了双相氙时间投影室的探测原理、性能参数与当前实验进展，分析了其在暗物质搜寻、稀有衰变探测及中微子观测等领域的应用前景与技术挑战。
2024-02-02 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Development of the Front-End Electronics for PandaX-III Prototype TPC
粒子和天体物理学氙实验III（PandaX-III）是一个寻找无中子双β衰变（NLDBD）的实验，使用200千克放射纯高压气态氙TPC，两端装有Micromegas探测器，中间装有阴极。一个小型TPC配备了7个Microbulk Micromegas检测器被开发作为原型检测器。按照X-Y设计，从一个Micromegas模块读出128个通道，其中条带的间距为3 mm（每个方向64个通道）。高度集成的前端电子设备由4个前端卡组成，具有1024个读出通道，用于读出Micromegas阳极信号的电荷，整形后对波形进行整形，并将压缩数据发送到DCM板。前端电子器件的基石是一个64通道专用集成电路，它基于开关电容阵列。前端电子器件的积分非线性小于1%，1 pC。每个读出通道的噪声（RMS）小于0.9 fC，峰值时间为1微秒，范围为1 pC。利用~（56）Fe和~（137）Cs两种放射性源，进行了前端电子学与原型TPC的联合测试，重建了7 Micromegas的命中图。
2018-06-25 eess.SP physics.ins-det
Scintillation light detection in the 6-m drift length ProtoDUNE Dual Phase liquid argon TPC
深地下中微子实验（DUNE）是长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的前沿实验。ProtoDUNE-Dual Phase（DP）是一个6x6 x6 m $^3$液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。在ProtoDUNE-DP中，LArTPC中宇宙μ子产生的闪烁和电致发光由放置在离电离轨道7米远的光电倍增管收集。在本文中，我们提出了性能的ProtoDUNE-DP光子探测系统，比较不同的波长移动技术和使用的氙掺杂LAr作为一个有前途的选择，为未来的大型LArTPC。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对液态氩特性的理解。
2021-11-18 hep-ex physics.ins-det
The NEW detector: construction, commissioning and first results
NEXT（Neutrino Experiment with a Xenon TPC）是一个在坎弗朗克地下实验室（Canfranc Underground Laboratory，LSC）进行的无中微子双β（ββ0ν）衰变实验。它试图使用具有电致发光（EL）放大的高压氙气TPC来检测Xe-136的（ββ0ν）衰变。NEXT-White（NEW）探测器在15 bar压力下的有效氙质量约为10 kg，是LSC安装的第一个NEXT原型。它实现了NEXT探测器概念，并在较小的原型中进行了测试，使用了与未来NEXT-100相同的辐射纯传感器和材料，作为技术解决方案以及信号选择和背景抑制算法的基准。新的是目前正在调试中的LSC。在这份海报论文集中，我们描述了新建筑采用的技术解决方案，从调试阶段吸取的经验教训，以及利用低能放射源数据获得的能量校准和能量分辨率的第一批结果。
2016-10-03 hep-ex nucl-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
An improved measurement of electron-ion recombination in high-pressure xenon gas
我们的NEXT-100高压氙气时间投影室（TPC），暴露于α衰变校准源的NEXT-DEMO原型获得的结果报告。与我们以前的α粒子测量相比，我们使用了升级的探测器和改进的分析技术。我们测量事件的电离和闪烁之间的相关波动，由于在气体中的电子-离子复合，相关系数在-0.80和-0.56之间，这取决于漂移场条件。通过结合这两个信号，我们获得了2.8%FWHM的能量分辨率为5.49 MeV的α粒子和测量的光增益的电致发光TPC。改进的能量分辨率还允许我们测量天然杂质导致的气体中氡的比活度。最后，我们测量的平均比率的激发电离的原子产生的氙气中的α粒子是$0.561\pm 0.045$，转化为平均能量，以产生一个初级闪烁光子的$W_{\rm ex}=(39.2\pm 3.2)$ eV。
2015-02-03 hep-ex physics.ins-det
Observation and applications of single-electron charge signals in the XENON100 experiment
XENON100暗物质实验在时间投影室（TPC）中使用液体氙来测量由暗物质弱相互作用大质量粒子（WIMPs）散射引起的氙核反冲。本文报道了与WIMP相互作用无关的单电子电荷信号的观测结果。这些信号，这表明了优秀的灵敏度的检测器小的电荷信号，被解释为是由于在液体氙和TPC内的金属成分的杂质的光电离。它们被用作表征探测器的唯一校准源。我们解释了如何推断XENON100实验的关键参数：二次闪烁增益，从液相到气相的提取率和电子漂移速度。
2014-01-28 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Direct observation of bubble-assisted electroluminescence in liquid xenon
用CCD摄像机观察了浸没在液体氙中的厚气体电子倍增器（THGEM）电极下液体氙中气泡的形成。随着THGEM两端的电压，气泡的出现与α粒子轨道的电离电子诱导的电致发光信号相关。这证实了最近的间接证据，观察到的光子是由于电致发光内的氙蒸汽层被困在电极下。气泡似乎是由于从300 K到液体中的热流而自发出现的，或者是以受控的方式，通过用电阻丝局部沸腾液体。受控气泡形成导致约6，000个电离电子的σ/E约7.5%的能量分辨率。这一现象可能为大体积“局部双相”贵液TPC的概念铺平道路。
2015-09-08 physics.ins-det
Low Energy Electronic Recoils and Single Electron Detection with a Liquid Xenon Proportional Scintillation Counter
本文表征了单相液态氙比例闪烁计数器（LXePSC）对低能电子反冲的响应，实现了约1keV电子反冲的高效探测及单电子观测，讨论了其在反应堆中微子探测的潜在应用。
2023-06-19 physics.ins-det
The Triggerless Data Acquisition System of the XENONnT Experiment
本文介绍XENONnT实验的无触发数据采集系统，该系统集成TPC、μ子否决和中子否决三个子系统，数字化698个PMT信号，通过商用硬件与自研软件实现高速读出、实时监测及在线分析，活时间超99%并已采集超过2 PB数据。
2022-12-21 hep-ex physics.ins-det
