DARWIN: towards the ultimate dark matter detector
DARK物质WImp搜索与液体氙（DARWIN）将是一个实验，直接检测暗物质使用多吨液体氙时间投影室在其核心。它的主要目标将是探索实验可访问的参数空间弱相互作用大质量粒子（WIMPs）在一个广泛的质量范围内，直到中微子与目标的相互作用成为一个不可约的背景。利用真空紫外灵敏的超低本底光电传感器，可以观测到氙中粒子相互作用引起的瞬时闪烁光和电荷信号。除了对质量超过5 GeV/c2的WIMP具有出色的灵敏度外，这种具有大质量，低能量阈值和超低背景水平的探测器还将对其他稀有相互作用敏感。它将搜寻太阳轴子、银河系类轴子粒子和136-中微子的无中微子双β衰变，并以<1%的精度测量低能太阳中微子通量，观测相干中微子-核相互作用，并探测银河系超新星。我们提出了达尔文探测器的概念，并讨论了它的物理范围，背景的主要来源和正在进行的探测器设计和研发工作。
2016-06-22 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
GPU-based optical simulation of the DARWIN detector
了解闪烁光的传播对于最大化使用双相时间投影室技术的下一代液体氙探测器的发现潜力至关重要。这项工作描述了一个详细的光学模拟的DARWIN探测器实现使用色度，基于GPU的光子跟踪框架。为了评估该框架并探索最大化效率和最小化光收集时间的方法，我们模拟了传统检测器设计的几种变体。这些选定的研究结果。更一般地说，我们的结论是，在这项工作中使用的方法允许一个调查替代设计更快，更详细地比使用传统的Geant 4光学模拟，使其成为一个有吸引力的工具，以指导最终的液体氙天文台的发展。
2022-07-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Design Challenges for a Future Liquid Xenon Observatory
本文围绕未来百吨级液氙暗物质探测器，系统梳理了实现千吨×年曝光量所面临的设计挑战，涵盖氙纯化、低本底组件、外探测器否决、数据处理与长期稳定运行等关键问题。
2024-02-25 hep-ex physics.ins-det
Solar Neutrino Detection Sensitivity in DARWIN via Electron Scattering
本文详细介绍了液体氙（LPEX）达尔文天文台通过弹性电子散射对太阳中微子的灵敏度。我们发现DARWIN将有可能测量五个太阳中微子组分：$pp$，$^7$ Be，$^{13}$ N，$^{15}$ O和$pep$的通量。$^{13}$ N、$^{15}$ O和$pep$组分的精确度受到$^{136}$的双β衰变的阻碍，因此将受益于耗尽的靶.对$pp$中微子的高统计观测将使我们能够首次推断出电子反冲能量从几keV到200 keV范围内的弱混合角$\sin^2θ_w$和电子型中微子存活概率$P_e$的值，在300 ty的曝光量下，相对精度分别为5%和4%。对$pp$和$^7$ Be中微子的观测将把中微子推断的太阳光度限制在0.2%。所有通量测量的组合将区分高（GS 98）和低金属丰度（AGS 09）太阳模型与2.1-2.5 $σ$的意义，独立于外部测量从其他实验或测量$^8$ B中微子通过相干弹性中微子核散射在达尔文。最后，我们证明，与耗尽的目标达尔文可能是敏感的中微子捕获过程的$^{131}$中微子。
2020-12-20 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
A linear RFQ ion trap for the Enriched Xenon Observatory
本文介绍了一种用于富氙天文台（EXO）的线性射频离子阱（REF）的设计、结构和性能。EXO旨在探测$^{136}$氘到$^{136}$钡的无中微子双β衰变。为了抑制可能的背景，EXO将补充衰变能量的测量，并在一定程度上，在一个充满中子的探测器中的候选事件的拓扑结构与子核（$^{136}$ Ba）的识别。这里描述的离子阱能够接受、冷却和限制从候选双β衰变事件的位点提取的单个Ba离子。然后可以通过激光光谱学以大的信噪比识别单个捕获的离子。
2007-04-12 physics.ins-det
Searching for neutrinoless double-beta decay of $^{130}$Te with CUORE
无中微子双β（$0νββ$）衰变是一种假设的轻子数破坏过程，它提供了唯一已知的方法来断言中微子质量可能的马约拉纳性质。罕见事件低温地下观测站（CUORE）是一个即将进行的实验，旨在使用988 TeO $_2$晶体测辐射热计阵列在10 mK下运行，搜索$^{130}$ Te的$0νββ$衰变。探测器将包含206 kg $^{130}$ Te，平均能量分辨率为5 keV;在$1σ$下，5年寿命后预计的$0νββ$衰变半衰期灵敏度为$1.6\times 10^{26}$ y（$9.5\times10^{25}$ y，置信水平为90%），这对应于有效Majorana质量的上限，范围为40- 100 meV（50- 130 meV）。本文综述了CUORE中所使用的实验技术，以及它的现状和预期的物理范围。
2015-02-13 nucl-ex physics.ins-det
Sensitivity and discovery potential of the proposed nEXO experiment to neutrinoless double beta decay
下一代浓缩氙天文台（nEXO）是一个拟议中的实验，目的是在时间投影室中使用$0νββ$千克同位素浓缩的液态氙，以大约$10^{28}$年的目标半衰期灵敏度，在$^{136}$氙中寻找无中微子双β衰变。通过显著增加$^{136}$的质量、活性介质的整体和均匀配置以及由时间投影室实现的相互作用的多参数测量，获得了超过电流限制的灵敏度的两个数量级的改进。检测器的概念和预期的性能的基础上表现出可实现的背景率。
2018-10-19 nucl-ex physics.ins-det
CUORE and beyond: bolometric techniques to explore inverted neutrino mass hierarchy
CUORE（罕见事件低温地下观测站）实验将寻找$^{130}$ Te的无中微子双β衰变。CUORE拥有741公斤的TeO $_2$晶体，在感兴趣的区域具有5 keV（0.2%）的出色能量分辨率，将成为最具竞争力的无中微子双β衰变实验之一。在五年的寿命期内，CUORE计划的无中微子双β衰变半衰期灵敏度为$1.6\times 10^{26}$ y（在90%置信水平下为$9.5\times10^{25}$ y），这对应于马约拉纳有效质量的上限，范围为40- 100 meV（50- 130 meV）。利用辅助光探测器进一步剔除背景可以显著提高测辐射热探测器的搜索灵敏度和竞争力，以充分探索$^{130}$ Te和可能的其他双β衰变候选核的反中微子质量等级。
2014-07-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The $0\nu2β$-decay CROSS experiment: preliminary results and prospects
无中子双β衰变是粒子物理中的一个关键过程。它的实验研究是唯一可行的方法，可以建立中微子的马约拉纳性质，同时提供了一个敏感的轻子数破坏的包容性测试。CROSS（表面灵敏度低温稀有事件观测站）旨在开发和测试一种新的测热技术，用于未来寻找有希望的原子核$^{100}$ Mo和$^{130}$ Te的无中微子双β衰变的大规模实验。如CUORE实验的结果所示，对这一罕见过程进行大规模测热搜索的限制因素是由表面放射性污染引起的背景。CROSS的基本概念包括通过脉冲形状鉴别来拒绝这种具有挑战性的背景成分，通过包含感兴趣的同位素的晶体的表面的适当涂层来辅助，并作为测辐射热检测器的能量吸收体。在本文中，我们证明了沉积在晶体表面上的超纯Al 2 O3 Al薄膜成功地作为脉冲形状修改器，快速和慢速声子传感器。在基于Li $_2$ MoO $_4$和TeO $_2$晶体的一系列原型中，$α$表面放射性的拒绝因子高于99.9%。我们还表明，点状的能量沉积可以识别到距离$\sim 1$ mm的涂层表面。目前的计划设想在Canfranc实验室（西班牙）的地下CROSS专用设施中进行中间实验。这个实验包括$^{100}$ Mo的$\sim 3\times 10^{25}$核，将是CROSS技术的一般测试，也是对无中微子双β衰变的全球竞争性搜索，在最有利的条件下，对有效Majorana质量的灵敏度下降到70 meV…
2019-09-16 nucl-ex physics.ins-det
Neutrinoless Double Beta Decay Sensitivity of the XLZD Rare Event Observatory
本研究评估了XLZD稀有事例观测站对$^{136}$Xe无中微子双贝塔衰变的探测灵敏度，发现其10年数据可排除倒序中微子质量排序参数空间并开始探测正常排序区域。
2025-04-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Double Beta Decay Experiments at Canfranc Underground Laboratory
Canfranc地下实验室（“Canfranc Subterráneo de Canfranc”，LSC）的第一批活动始于80年代中期，位于西班牙比利牛斯山脉下的一个铁路隧道;自那时以来，它已成为一个国际多学科设施，配备了不同的地下科学服务。LSC的研究活动是关于天体粒子物理学，暗物质搜索和中微子物理学;但也开展核天体物理学，地球物理学和生物学方面的活动。无中微子双β衰变的研究一直是LSC的主要研究方向之一。中微子基本性质的表征仍有许多未知数，研究这种罕见的衰变过程需要粒子物理学的标准模型之外的物理学，这可以揭示轻子数守恒，中微子作为狄拉克或马约拉纳粒子的性质以及三代中微子质量的绝对尺度和排序。在这里，将回顾在LSC对不同发射体和以下非常不同的实验方法进行的双β衰变搜索：从实验室的第一次实验开始，包括对$^{76}$ Ge的成功IGEX，它对当时的有效中微子质量提出了非常严格的限制，到目前的$^{136}$测试和未来项目CROSS的NEXT实验（“具有表面灵敏度的低温稀有事件观测站”），用于探测$^{130}$ Te和$^{100}$ Mo，两者都采用了创新的探测器技术来区分背景。对于无中微子双β衰变通道和90% C. L.，IGEX推导出$^{76}$ Ge的半衰期限值为$T_{1/2}^{0ν} > 1.57 \times 10^{25}$ y，而NEXT-100中的$^{13…
2020-08-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
HERETIX: A Hermetic, Enriched, Rare-Event Time Projection Chamber in Xenon
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Münster（明斯特大学）
提出HERETIX，一种双嵌套时间投影室的多吨级液氙探测器，同时优化弱相互作用大质量粒子搜索和$^{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
Studies of a three-stage dark matter and neutrino observatory based on multi-ton combinations of liquid xenon and liquid argon detectors
我们研究了一个三级暗物质和中微子天文台，该天文台基于多吨级的两相液态氘和氩探测器，这些探测器具有足够低的背景，对低至10 E-47 cm ^2的WIMP暗物质相互作用截面敏感，并通过使用质量比为5：1的两个靶元素来提供WIMP质量的识别和两个独立的测量，给出了事件数的预期相似性。同样的探测系统也将允许测量pp太阳中微子光谱，银河系超新星的中微子通量和温度，以及136 π ~ 10 E27 - 10 E28 y的无中微子双β衰变，对应于从当前中微子振荡数据预测的马约拉纳质量。所提出的方案将分三个阶段G2、G3、G4运行，从基准质量1吨的氘+ 5吨的氩（G2）开始，进展到10吨的氘+ 50吨的氩（G3），然后根据后者的结果和性能，扩展到100吨的氘+ 500吨的氩（G4）。这种按比例放大的方法提供了将一个级的Ar容器和辅助系统用于随后级的Ar检测器的优点，在每个级仅需要一个新的检测器容器。模拟表明，通过利用靶材料的增加的外部厚度作为自屏蔽，可以将所有外部和内部背景水平降低或排除到对于每个后续质量水平每年<1次事件的水平。随着质量尺度的增加，该系统对每年的信号调制变得越来越敏感，氘和氩的结果一致证实了信号的银河起源。暗物质的自旋依赖性和非弹性相互作用的敏感性也包括在内，我们的结论与讨论可能的进一步收益从使用氘/Ar混合物。
2012-04-15 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
CUORE-0 results and prospects for the CUORE experiment
CUORE（Cryogenic Underground Observatory for Rare Events）实验使用了741 kg TeO 2晶体，在感兴趣区域的能量分辨率为5 keV（0.2%），旨在以前所未有的灵敏度寻找130 Te的无中微子双β衰变。预计将于2015年开始数据采集，CUORE目前正处于LNGS的高级建设阶段。CUORE预测的无中微子双β衰变半衰期灵敏度在1 sigma下为1.6E26 y（在90%置信水平下为9.5E25 y），在五年的生存时间内，对应于马约拉纳有效质量的上限范围为40-100 meV（50-130 meV）。进一步的背景拒绝与辅助测辐射热探测器可以提高CUORE的灵敏度和竞争力的测辐射热探测器对倒置中微子质量层次的全面分析。CUORE-0是为了测试和演示即将到来的CUORE实验的性能而建造的。它由一个CUORE塔（52个TeO 2测辐射热计，每个750 g，排列在13层楼的结构中）组成，严格按照CUORE的材料和组装程序配方建造。CUORE-0是一个独立的实验，预计在一年的寿命内，它将达到对130 Te的无中微子双β衰变半衰期约3E 24 y的灵敏度。我们提出了一个更新的数据，对应于18.1公斤的曝光。背景分析表明，CUORE的性能目标得到满足，而灵敏度目标是可以达到的。
2015-02-09 hep-ex physics.ins-det
Physics potential of searching for $0νββ$ decays in JUNO
在过去的几十年里，人们对无中微子双β衰变（0 $νββ$）过程进行了大量的研究，旨在确定中微子是否是它们自己的反粒子（马约拉纳中微子），但尚未观察到0 $νββ$衰变信号。提出了一些新的实验，但他们最终遭受一个共同的问题：灵敏度可能不会无限期地增加与目标质量。我们已经进行了详细的分析的物理潜力，通过使用江门地下中微子天文台（JUNO），以提高灵敏度0 $νββ$高达几个meV，一个重要的一步，相对于目前正在计划的实验。JUNO是一个20千吨级低本底液体闪烁体探测器，能量分辨率为3%/ $\sqrt{E \text{(MeV)}}$，目前正在建造中。可行的是，构建一个充满溶解在LS中的富集氙气（$^{136}$含量高达80\%）的气球，插入JUNO LS的中心区域。在$^{136}$ ≥ 0 $νββ$衰变的$Q$值处，能量分辨率为$\sim$ 1.9\%。超低背景是0 $νββ$衰变搜索的关键。详细研究了本征2 $νββ$和$^{8}$ B太阳中微子、天然放射性和宇宙成因放射性核素（包括轻同位素和$^{137}$）的本底率，并开发了几种μ子否决方案。我们发现JUNO具有达到灵敏度（90 ℃）的潜力. L.）的范围内。在$\sim$为50吨（5吨）的基准$^{136}$能谱和5年曝光量的情况下，对$1.8\times10^{28}$年（$5.6\times10^{27}$年）的$T^…
2017-06-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The CROSS Experiment: Rejecting Surface Events by PSD Induced by Superconducting Films
无中子双β衰变（$0νββ$）是一种假设的稀有核跃迁（$T_{1/2}>10^{26}$ y）。它的观测将提供关于中微子（狄拉克或马约拉纳粒子）性质的重要见解，证明轻子数是不守恒的。这种衰变可以用嵌入双β衰变同位素（$^{76}$ Ge、$^{82}$ Se、$^{100}$ Mo、$^{116}$ Cd、$^{130}$ Te.）的测辐射热计来研究，其性能相当于低温量热计（10 mK），通过专用温度计读出的微小温升来检测粒子相互作用。CROSS（Cryogenic Rare Event Observatory with Surface Sensitivity）的目标是开发热辐射探测器（Li $_{2}$ MoO $_{4}$和TeO $_{2}$），通过利用沉积在晶体表面的Al膜的超导特性，能够区分表面$α$和$β$相互作用。本文报道了在CSNSM（法国奥赛）进行的样机试验结果，表明沉积在晶体表面的几层$μ$ m厚的超导Al膜具有区分表面$α$和体相的能力，从而为探测器提供了所需的表面灵敏度。CROSS技术将进一步改善背景抑制，简化探测器结构，以便将来进行竞争性的双β衰变搜索。
2020-02-11 physics.ins-det
First cryogenic tests on BINGO innovations
无中子双β衰变（$0\nu2β$）是一种假设的稀有核跃迁.它的观测将提供关于中微子（狄拉克或马约拉纳粒子）性质的重要见解，证明轻子数是不守恒的。BINGO（双同位素$0\nu2β$下一代天文台）旨在为未来的测热$0\nu2β$实验奠定技术基础。它基于双热-光读出，即嵌入双β衰变同位素的主吸收体伴随低温光探测器。BINGO将研究两种最有前途的同位素：嵌在Li $_2$ MoO $_4$（LMO）晶体中的$^{100}$ Mo和嵌在TeO $_2$中的$^{130}$ Te。BINGO技术将显著降低感兴趣区域的背景，从而提高$0\nu2β$的发现灵敏度。所提出的解决方案将对下一代热测量吨级实验（如CUPID）产生重大影响。在这方面的贡献，我们提出的第一次测试过程中获得的结果进行的框架中的BINGO R&D。
2022-04-29 physics.ins-det
Gamma-ray background from rock: studies for a next-generation dark matter experiment based on liquid xenon
本文针对下一代液态氙暗物质实验，模拟研究了岩石γ射线本底的水屏蔽需求，给出不同能区和屏蔽配置下的本底水平与fiducial质量参数，并结合Boulby矿岩石放射性测量结果评估了该选址的屏蔽要求。
2025-05-19 hep-ex physics.ins-det
The projected background for the CUORE experiment
罕见事件低温地下观测站（CUORE）的设计目的是寻找130 Te的无中微子双β衰变，使用988 TeO 2测辐射热计阵列，工作温度约为10 mK。目前，该实验正在意大利Gran Sasso国家图书馆A厅进行。CUORE的目标是达到90%的C.L.。在5年的数据采集后，对9 $\times$ 10 $^{25}$年的\tect衰变半衰期的排除敏感性。实现这一目标所要解决的主要问题是感兴趣区域中的背景事件发生率，其不得高于10 $^{-2}$计数/keV/kg/y。我们开发了一个详细的蒙特卡罗模拟，从材料筛选，放射性分析和测热测量活动的结果的基础上，以评估预期的背景。多年来，这被用来指导实验的构建策略，我们在这里使用它来为CUORE设计一个背景模型。本文报道了我们的研究结果和对130 Te无中微子双β衰变峰特征能区的本底率的预期。
2017-08-31 physics.ins-det
New results about the revolutionary bolometer assembly of BINGO
寻找无中微子双β衰变（0 $ν$ 2 $β$）是现代物理学的主要实验挑战之一。一种实验技术是由低温探测器命名的辐射热计，这是真正有前途的这一目的。目前使用该技术的吨级实验CUORE对$^{130}$ Te 0 $ν$ 2 $β$与TeO $_2$晶体的半衰期施加了最佳限制，但其灵敏度受到其背景的限制。因此，接下来将进行下一代实验CUPID（带粒子识别的CUORE升级），研究嵌入Li $_2$ MoO $_4$晶体中的$^{100}$ Mo，以降低$γ$背景。它还将读取Li $_2$ MoO $_4$产生的闪烁光，方法是在主吸收体旁边添加另一个Ge测辐射热计作为光探测器，以排除$α$背景。由于这一点，CUPID将达到比CUORE高2个数量级的灵敏度。然而，在这不足以检测0 $ν$ 2 $β$的情况下，BINGO（Bi-同位素下一代0 $ν$ 2 $β$天文台）正在准备下一代测热实验。为了提高0 $ν$ 2 $β$发现灵敏度，目标是大幅减少感兴趣区域中的背景事件的数量，并结合使用两种先前引用的同位素：$^{130}$ Te和$^{100}$ Mo。为了实现这一目标，BINGO提议实施主动低温否决以抑制外部$γ$背景，使用Neganov-Trofimov-Luke效应来增加光探测器灵敏度，并使用革命性的探测器组件来减少总表面放射性贡献。在这篇文章中，我们将重点放在后者，并提出了最新的结果…
2023-01-17 physics.ins-det
The XLZD Design Book: Towards the Next-Generation Liquid Xenon Observatory for Dark Matter and Neutrino Physics
该报告介绍了下一代液氙天文台XLZD的设计，采用60吨液氙时间投影室技术，旨在探索WIMP暗物质至中微子雾，并具备探测无中微子双β衰变及天体物理中微子的能力。
2025-10-28 hep-ex hep-ph physics.ins-det
A Next-Generation Liquid Xenon Observatory for Dark Matter and Neutrino Physics
暗物质的性质和中微子的性质是当代粒子物理学中最紧迫的问题之一。双相氙时间投影室是覆盖弱相互作用大质量粒子（WIMP）可用参数空间的领先技术，同时对许多替代暗物质候选者具有广泛的灵敏度。这些探测器还可以通过无中微子双β衰变和各种天体物理源来研究中微子。因此，下一代氙基探测器将是一个真正的多用途天文台，大大推进粒子物理学，核物理学，天体物理学，太阳物理学和宇宙学。这篇综述文章介绍了这样的探测器的科学案例。
2022-03-04 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
