Design of a Multiple-Reflection Time-of-Flight Mass-Spectrometer for Barium-tagging
寻找无中微子双β衰变需要越来越先进的背景降低方法。在使用Ba-136的实验中，解决这个问题的一个大胆方法是提取和鉴定双β衰变产生的子体Ba-136离子。以这种方式标记事件允许对双β衰变信号进行几乎无背景的验证。nEXO合作正在采用各种方法来实现Ba标记。设计并优化了多反射飞行时间质谱仪（MRTOF）作为离子识别方法之一，考察离子提取效率，并提供Ba同位素的进一步识别。设想的操作模式允许MR TOF实现快速可调的质量范围和分辨率，模拟表明140，000的质量分辨率是可以达到的。本文将讨论磁流变TOF的设计和模拟优化方法。
2019-10-03 nucl-ex physics.ins-det
Mobility and Clustering of Barium Ions and Dications in High Pressure Xenon Gas
为了更好地理解钡离子在无中微子双β衰变中的输运，利用密度泛函理论和计算离子迁移率理论对钡离子在氙气中的团簇和漂移特性进行了理论研究.本文导出了Ba $^{+}$ -β和Ba $^{++}$ -β体系中分子离子的平衡构象、能量和熵，从而得到了高压气体中团簇形成的预测模型。我们计算这些物种的离子-中性相互作用势曲线，并用它们来预测有效的分子离子迁移率。我们的计算一致地再现了Ba $^+$系统的有效迁移率和分子离子形成的实验数据，并预测了Ba $^{++}$系统中的强团簇形成，主要是稳定的[BaCl_PDMATHABMP ] $^{++}$，[BaCl_PDMATHABMQ ] $^{++}$，[BaCl_PDMATHABMR ] $^{++}$和[BaCl_PDMATHABMS ] $^{++}$复合物在感兴趣的范围内。本文讨论了钡标记在气相无中微子双β衰变实验中的一些意义，并首次预测了双电荷Ba $^{++}$物种的压力相关迁移率。
2018-08-10 hep-ex nucl-ex physics.chem-ph
Imaging individual barium atoms in solid xenon for barium tagging in nEXO
对无中微子双β衰变的研究探索了中微子的基本性质，包括中微子和反中微子是否不同。双β探测器体积大且价格昂贵，因此背景降低对于提取最高灵敏度至关重要。从$^{136}$钡的双β衰变中识别或“标记”出$^{136}$ Ba子原子，为消除nEXO无中微子双β衰变实验中的背景提供了一种技术。在这项工作中研究的标记方案利用低温探针捕获固体氙中的钡原子，其中钡原子通过固体氙基质中的荧光成像进行标记。在这里，我们展示了成像和计数的个别原子的钡在固体氙扫描激光聚焦在固体氙矩阵沉积在蓝宝石窗口。当激光作用在单个原子上时，荧光持续$\sim$ 30秒，然后突然下降到背景水平，这清楚地证实了单原子成像。在钡沉积物蒸发至$\leq$ 0.16\%的限度后，钡荧光不存在。这是第一次在固体贵元素中对单个原子成像。它建立了钡标记技术的nEXO的基本原理。
2018-12-12 nucl-ex physics.ins-det
TeO$_2$ bolometers with Cherenkov signal tagging: towards next-generation neutrinoless double beta decay experiments
CUORE是由988 TeO $_2$测辐射热计组成的阵列，它将成为寻找无中微子双β衰变的最灵敏的实验之一。通过去除$α$放射性背景，可进一步提高其灵敏度。几年前已经指出，来自$β$的信号可以通过检测发射的切伦科夫光来标记，该切伦科夫光不是由$α$产生的。在本文中，我们证实了这种可能性。我们第一次测量了CuORE晶体发射的切伦科夫光，并发现它在$Q$衰变值处为100 eV。为了完全排除$α$背景，我们计算出需要基线噪声低于20 eV RMS的光检测器，该值比我们使用的测辐射热光检测器的平均噪声小3-4倍。我们指出，必须开发一种改进的光探测器技术，以获得TeO $_2$测热实验能够探测中微子质量的倒置层次。
2014-12-11 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Scintillation Balloon for Neutrinoless Double-Beta Decay Search with Liquid Scintillator Detectors
环境放射性是稀有衰变搜寻实验的主要背景，很难从探测器容器中完全去除这种杂质。我们提出了一个闪烁球作为液体闪烁体的活性容器，以确定这种不希望的放射性。根据我们的可行性研究，闪烁球使铋-钋序列衰变标记的效率为99.7%，假设Kamioka液体闪烁体反中微子探测器（KamLAND）型液体闪烁体探测器。这种利用来自钋的α射线的连续衰变的标记提高了对无中微子双β衰变的灵敏度，同时拒绝了来自铋的β射线背景。
2019-06-03 hep-ex physics.ins-det
Fluorescence Imaging of Individual Ions and Molecules in Pressurized Noble Gases for Barium Tagging in $^{136}$Xe
本文在10 bar氙气中利用衍射极限荧光成像，在气固界面分辨与化学传感器螯合的单个Ba$^{2+}$离子，为$^{136}$Xe无中微子双β衰变的钡标记提供关键技术验证。
2024-05-20 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Experimental updates on development of accelerator-driven ion source at TRIUMF to benchmark Ba-tagging techniques for future neutrinoless double beta decay searches
TRIUMF（特柳姆夫国家粒子加速器中心）；Department of Physics and Astronomy, McMaster University（麦克马斯特大学物理与天文系）；Department of Physics and Physical Oceanography, University of North Carolina at Wilmington（北卡罗来纳大学威尔明顿分校物理与物理海洋学系）；Department of Physics, McGill University（麦吉尔大学物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of Victoria（维多利亚大学物理与天文系）
为nEXO实验开发Ba标记技术，TRIUMF正在建设加速器驱动离子源，通过注入放射性离子到液氙中并利用γ谱学检测，以测试和优化Ba离子提取与识别方法。
2026-06-12 nucl-ex physics.ins-det
The Ion Fluorescence Chamber (IFC): A new concept for directional dark matter and topologically imaging neutrinoless double beta decay searches
介绍了一种用于大体积、细粒度粒子探测的新型粒子探测概念：离子荧光室（IFC）。在诸如SF $_6$和SeF $_6$的电负性气体中，电离粒子产生正离子和负离子的集合。在IFC中，正离子漂移到化学活性阴极，在那里它们与定制的有机开启荧光单层反应，编码长寿命的2D图像。负离子在阳极以粗略的分辨率被电感测，诱导光学显微镜行进到并扫描相应的阴极位置以获得荧光图像。这一概念建立在为无中微子双β衰变中的钡标记开发的技术基础上，将乳胶探测器的超精细成像能力与时间投影室的单片传感相结合。其结果是在任意大的体积上的高精度成像探测器，而没有膨胀的通道数或系统复杂性的挑战。概述的概念后，我们讨论了R\&D进行演示，并探讨应用到两个方向的暗物质搜索SF $_6$和搜索无中微子双β衰变在大$^{82}$ SeF $_6$室。
2022-03-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Reconstructing neutrinoless double beta decay event kinematics in a xenon gas detector with vertex tagging
本研究针对未来带顶点定位的氙气探测器，分析无中微子双β衰变运动学可观测量的测量精度，发现在10 bar气压、4 mm分辨率且仅10个事件的条件下，张角余弦和电子能谱的重建精度分别达0.19和110 keV，为区分轻子数破缺机制提供支撑。
2025-06-12 hep-ex hep-ph physics.ins-det
The Dynamics of Ions on Phased Radio-frequency Carpets in High Pressure Gases and Application for Barium Tagging in Xenon Gas Time Projection Chambers
研究了具有超细间距的射频（RF）地毯在大气压力及以上的气体中的离子输运。我们开发了新的分析和计算方法来模拟RF离子传输的密度，其中动态缓冲气体碰撞的强烈影响。首先给出了相控阵天线的悬浮力和扫掠力的解析描述，然后利用热力学和动力学原理计算了碰撞情况下的离子损失率。这种方法进行了验证，对详细的微观SIMION模拟。然后，我们探讨了一个参数空间的无中微子双β衰变实验的特殊利益：在1至10巴的压力下，氙钡离子的运输。我们的计算帐户的分子离子的形成和压力依赖的迁移率以及有限的温度效应。我们讨论了与实现合适的操作条件，这超出了现有设备的能力，使用目前可用的或不久的将来的制造技术相关联的挑战。
2021-09-29 nucl-ex physics.ins-det
Status of the NEXT experiment for neutrinoless double beta decay searches
NEXT（Neutrino Experiment with a Xenon TPC）是一个无中微子双β衰变实验，位于西班牙坎夫兰克的Subterráneo实验室。其目的是通过检测富含$^{136}$氙同位素的氙气中的无中微子双β衰变过程来证明中微子是马约拉纳粒子。在NEXT中使用的检测器技术是具有电致发光放大的放射纯高压时间投影室，其在感兴趣的能量区域中提供优于1 $\%$ FWHM的优异能量分辨率，允许拒绝单电子背景事件的拓扑重构和用于钡子离子的“原位”标记的强潜力。这项试验是分阶段进行的。NEXT-White探测器最近在LSC完成了操作，包含约5 kg的有效质量。其目的是展示优良的能量分辨率，验证重建算法和背景模型，并进行测量的$^{136}$的双中微子双β衰变。100公斤的NEXT-100探测器正在建造中，计划于2022年上半年安装和组装。对于约400 kg $\cdot$年的暴露量，预测的90 $\%$ CL对无中微子双β衰变半衰期的灵敏度将达到$10^{26}$年。一项旨在开发吨级探测器的有力计划也正在进行中，包括广泛的R $\&$ D，旨在实现现场Ba $^{2+}$标记，作为实现几乎零背景探测的手段。质量至少为500 kg的第一模块最早可于2026年在LSC运行。本文将介绍NEXT-White探测器的最新成果，以及NEXT-100的建设状况和未来NEXT探测器的前景。
2022-01-26 physics.ins-det
Towards a background-free neutrinoless double beta decay experiment based on a fluorescent bicolor sensor
寻找无中微子双β衰变（$β\beta0ν$）是确定中微子是否是其自身反粒子的唯一可行方法。由于中微子质量很小，预计$β\beta0ν$的寿命至少比天然放射性链的噪声小10个数量级。$β\beta0ν$衰变的阳性鉴定最终需要找到放射性背景不能模拟的信号。这个信号可能是在衰变中观察到的子原子，因为没有已知的背景过程诱导Z+2变换。特别是，可以通过检测双电离的子原子Ba $^{2+}$来确定Xe-136的$β\beta0ν$衰变。这种检测可以通过由单层分子指示剂制成的传感器来实现。Ba $^{2+}$将被传感器中的一个分子捕获，随后通过用激光系统反复询问的强荧光响应来揭示单个螯合指示剂的存在。在这里，我们描述了一种荧光双色指示剂，强烈结合到Ba $^{2+}$，并发出非常明亮的光，当在干燥介质中螯合时，将其发射颜色从绿色变为蓝色，从而允许明确识别传感器中的单个钡原子，并允许在气室中对$β\beta0ν$的衰变进行阳性识别，这可能导致无背景实验。
2019-09-14 hep-ex physics.chem-ph physics.ins-det
Topmetal CMOS direct charge sensing plane for neutrinoless double-beta decay search in high-pressure gaseous TPC
提出了一种用于高压时间投影室（TPC）的电荷传感新概念，用于寻找吨级及以上同位素质量的无中子双β衰变（NLDBD）。一个米大小的平面，平铺有一个阵列的CMOS集成传感器称为Topmetal，直接收集电荷，而没有气体雪崩增益，是部署到一个高压气体TPC与工作气体含有合适的NLDBD候选同位素，如氘-136和硒-82。Topmetal传感器具有<30 e-/像素的电子噪声，这使得检测器通过单独测量电离电荷，在NLDBD Q值下，对于NH3 -136和82 SeF 6气体，都可以达到<1% FWHM能量分辨率。电荷雪崩增益的消除允许慢漂移离子的直接感测，这使得能够使用其中不存在自由电子的高电负性气体SeF 6。它支持工作气体的交换而无需修改硬件，这是一种针对放射性背景验证信号的独特方法。由于传感器制造和平面组装可以利用不变的工业大规模生产工艺，因此可以达到吨级实验所需的稳定性，均匀性，可扩展性和成本效益。保留了TPC的优势，如3D电离跟踪和衰变子体标记。这一发展可能会导致一个有竞争力的NLDBD实验在吨级以上。概念上的考虑，模拟和初始原型进行了讨论。
2020-10-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
A Compact Dication Source for Ba$^{2+}$ Tagging and Heavy Metal Ion Sensor Development
本文提出一种紧凑型可调谐金属离子源，通过顺序蒸发与电子碰撞电离产生皮安级可控离子束，成功实现Ba²⁺、Pb²⁺和Cd²⁺双电荷离子束，为无中微子双贝塔衰变钡标记和环境重金属离子传感提供了关键测试平台。
2023-03-02 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
'Searching for a needle in a haystack;' A Ba-tagging approach for an upgraded nEXO experiment
本研究针对拟开展的nEXO无中微子双β衰变实验，提出可从5吨液态氙中提取识别单个Ba离子的Ba-tagging升级技术概念，可抑制本底提升探测灵敏度，并给出四极质谱仪子系统的初步调试结果。
2023-03-08 nucl-ex physics.ins-det
Offline tagging of radon-induced backgrounds in XENON1T and applicability to other liquid xenon detectors
本文首次将软件标记算法应用于XENON1T等液态氙探测器，通过绘制对流速度场标记氡诱导的²¹⁴Pb本底，实现本底减少且曝光损失低，还证明其对XENONnT及无中微子双β衰变搜索相关本底的适用性。
2024-06-19 hep-ex physics.ins-det
Ion manipulation from liquid Xe to vacuum: Ba-tagging for a nEXO upgrade and future $0 νββ$ experiments
本文介绍了用于 nEXO 升级及未来 $0νββ$ 实验的 Ba-tagging 技术，通过毛细管提取液氙并利用 RF 地毯分离 Ba 离子，结合激光荧光与质谱进行鉴别，以进一步抑制本底并确认衰变事件。
2025-01-29 nucl-ex physics.ins-det
Development of a Li2MoO4 scintillating bolometer for low background physics
我们展示了33 g Li 2 MoO 4晶体作为闪烁测辐射热计的性能。该晶体在安装在Granatori Nazionali del Gran Sasso（意大利）地下实验室的稀释冰箱中测试了400多小时。这种化合物在中子探测、暗物质搜索（太阳轴子）和无中微子双β衰变物理学框架中显示出有前途的特性。利用不同的α、β/γ和中子源研究了低温辐射特性，并首次估算了不同类型相互作用粒子的光产额。该探测器显示出很强的快中子相互作用标记能力和高的本征放射性纯度水平（238-U < 90 \muBq /kg，232-Th < 110 \muBq /kg）。
2013-07-27 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
A simple radionuclide-driven single-ion source
我们描述了一种能够通过放射性衰变中的核反冲产生单个钡离子的源。该源是在硅α粒子探测器上电镀148Gd，然后在其上气相沉积一层BaF2，利用148Gd α衰变产生的144Sm反冲将Ba+离子从BaF2层中逐出，并发射到周围环境中。在底物检测器中同时检测到α粒子允许标记核衰变和Ba+发射。该源简单，耐用，可以在不同的环境中操作和使用。我们讨论的制造过程中，它可以很容易地适应发射大多数其他化学物种，和源的性能。
2010-08-20 nucl-ex physics.atom-ph physics.ins-det
Mitigation of Backgrounds from Cosmogenic $^{137}$Xe in Xenon Gas Experiments using $^{3}$He Neutron Capture
\Xe{136}被用作许多寻找\bbnonu的实验的目标介质。尽管在地下运行，到达实验室的宇宙μ子可以产生导致探测器材料激活的散中子。一个使用μ子标记难以否决的潜在背景是由\Xe{136}上的中子捕获产生的\Xe{137}形式。该同位素通过β衰变衰变，半衰期为3.8分钟，\Qb为$\sim$ 4.16 MeV。这项工作提出并探讨了添加一个小百分比的\He{3}氙作为一种手段，以捕获热中子，并减少在探测器体积激活的数量的概念。当使用这种技术时，我们发现在地下实验室的任何深度进行的吨级和多吨级高压气体氙无中子双β衰变实验中，来自\Xe{137}活化的污染可以降低到可以忽略的水平。
2020-05-27 hep-ex physics.ins-det
Radio Frequency and DC High Voltage Breakdown of High Pressure Helium, Argon, and Xenon
由于有可能将子离子从双β衰变事件引导到用于钡标记的单离子传感器，NEXT合作正在开发一项研发计划，以测试射频（RF）地毯在高压氙气中的离子传输。这将需要在比先前报道的更高压力下的状态下的毯式功能，这意味着相应地比现有系统中更大的电极电压。由于高压氙相对于低压氦（大多数现有RF毯装置中的工作介质）的更高的预测击穿强度，这种操作模式对于当代RF毯几何形状似乎是合理的。在本文中，我们提出了第一次测量的高压介质强度的氙气在高压下，并在相关的RF频率的离子传输（在10 MHz的范围内），以及新的DC和RF测量的高压氩气和氦气的介电强度在小间隙尺寸。我们发现击穿电压是与稳定的RF地毯操作给定的气体，压力，电压，材料和几何形状的利益。
2020-04-23 nucl-ex physics.ins-det
Event Reconstruction in a Liquid Xenon Time Projection Chamber with an Optically-Open Field Cage
nEXO是一个提议的吨级无中微子双β衰变（$0νββ$）实验，在时间投影室（TPC）中使用液体${}^{136}Xe$（LIGHTN）读取电离和闪烁信号。在场笼和Leptin容器之间，存在Leptin（“皮肤”Leptin）层，其中不收集电离信号。由于场笼周围缺乏光学屏障，因此仅检测到闪烁光子。在这项工作中，我们表明，起源于皮肤的光Leptin区域可以用来提高背景歧视5%，比以前公布的估计。这种改善来自两个因素。首先，通过识别来自与皮肤皮肤中的能量沉积的相互作用的光来去除一部分$γ$射线背景。第二，通过标记皮肤脂质体中${}^{214}Bi-{}^{214}Po$链中的$α$衰变，可以有效地排除来自溶解在皮肤脂质体中的${}^{222}Rn$的背景。
2021-03-24 physics.ins-det
