The cosmogenic production of long-lived isotopes such as $^{3}$H,$^{55}$Fe, $^{60}$Co, $^{65}$Zn, and $^{68}$Ge poses a significant challenge as a source of background events in Ge-based dark matter (DM) and neutrinoless double-beta decay ($0νββ$) experiments. In the pursuit of DM, particularly within the largely unexplored parameter space for low-mass DM, new detector technologies are being developed with extremely low-energy thresholds to detect MeV-scale DM. However, isotopes like $^{3}$H, $^{55}$Fe, $^{65}$Zn, and $^{68}$Ge, produced cosmogenically within the detector material, emerge as dominant backgrounds that severely limit sensitivity in these searches. Similarly, efforts to detect $0νββ$, especially under a neutrino normal mass hierarchy scenario, require a sensitivity to the effective Majorana mass of $\sim$1 meV. Achieving this level of sensitivity necessitates stringent suppression of background signals from isotopes such as $^{60}$Co and $^{68}$Ge, which impose critical detection limits. To reach the targeted sensitivity for these next-generation experiments and to unlock their full discovery potential for both low-mass DM and $0νββ$, relocating Ge crystal growth and detector fabrication to underground environments is crucial. This approach is the most effective strategy to significantly reduce the production of these long-lived isotopes, thereby ensuring the experimental sensitivity required for groundbreaking discoveries.
The Deep Underground Neutrino Experiment -- DUNE: the precision era of neutrino physics
过去的十年对中微子物理学来说意义非凡。特别是,中微子味振荡现象已通过一系列独立测量牢固确立。中微子混合的所有参数现在都是已知的,我们有必要计划对这些最新进展所开启的新场景进行明智的探索。通过精确的测量,我们可以检验轻子扇区中的3-中微子范式、中微子质量等级和CP不对称性。未来的长基线实验被认为是加深我们对电弱相互作用认识的基本工具。深地下中微子实验- DUNE将在一个地下的大质量液氩时间投影室中探测来自费米实验室的宽带中微子束,其L/E约为$10^3$ km / GeV,以达到CP相测量和确定质量等级的良好灵敏度。远探测器的尺寸和深度也创造了一个很好的机会来寻找罕见的信号,如质子衰变,以研究重子数的破坏,以及超新星中微子爆发,将实验范围扩大到天体物理学和宇宙学中的相关影响。在本报告中,我们将讨论物理动机和DUNE项目的主要实验特征,以实现其科学目标。
CAST microbulk micromegas in the Canfranc Underground Laboratory
在CAST实验的最后一次数据采集活动中,微兆气体探测器已经实现了$\approx 5 \times 10^{-6}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$在2和9 keV之间的背景水平。这种性能是可能的,这要归功于微批量技术的引入,屏蔽的实施和歧视算法的发展。它激发了新的研究,以更深入地了解CAST探测器的背景。其中一条工作线包括建造一个微型气体探测器在CAST中使用的装置的复制品,并将其安装在Canfranc地下实验室。由于地下和地面探测器性能之间的比较,屏蔽升级等,对探测器背景的不同贡献进行了评估。特别地,已经获得了检测器的本征背景的上限$< 2 \times 10^{-7}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$。这项工作意味着在地下实验室中对最新的micromegas技术的潜力进行了首次评估,这是最适合稀有事件探测的环境。
An LNGS Mobile Neutron Detector (ALMOND): Mapping Ambient Neutron Background of Gran Sasso National Laboratory
Heidelberg University(海德堡大学);Karlsruhe Institute of Technology(卡尔斯鲁厄理工学院);University of L’Aquila(拉奎拉大学);INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso(意大利国家核物理研究所,格兰萨索国家实验室)
Low X-ray bakground measurements at the Underground Canfranc Laboratory
Micromegas探测器由于具有良好的空间和时间分辨能力,是稀有事件搜索实验的良好候选者。最近的X射线的背景水平,这些探测器在CAST实验中实现了进一步的研究,在测量的背景水平的性质。特别是,不同的屏蔽配置已在Canfranc地下实验室进行了测试,使用微散装型探测器,这是以前运行在CAST实验。地下的第一个结果表明,这种技术是由低辐射材料制成的,在适当的屏蔽下,能够达到高达$2 \times 10^{-7}$ keV $^{-1}$ s $^{-1}$ cm $^{-2}$的背景水平。此外,Geant 4模拟补充了实验背景测量,可以了解背景的起源,并优化未来的屏蔽设置。
中子可以在寻找稀有过程的地下实验中诱发背景事件。MeV范围内的中子在放射性衰变中通过自发裂变和(α,n)反应以及宇宙射线产生。放射性中子通量在大深度(>1 km w)占主导地位。e.)。许多计算机代码可用于计算(α,n)反应的截面,激发函数和中子产额。我们已经使用EMPIRE2.19/3.2.3和TPENS 1.9来计算中子产生截面和跃迁到基态和激发态的分支比,并修改了SOURCES 4A来评估与高灵敏度地下实验相关的不同材料中的中子产额和谱。我们在这里报告不同的模型和代码与实验数据的比较,估计这些计算的准确性。
The SABRE South Experiment at the Stawell Underground Physics Laboratory
SABRE(具有主动背景抑制的碘化钠)实验旨在检测超高纯度NaI(Tl)晶体中暗物质相互作用的年速率调制,以便对DAMA/LIBRA观察到的信号提供模型独立测试。它由两个独立的探测器组成:SABRE South位于澳大利亚维多利亚州的Stawell地下物理实验室(SUPL),SABRE North位于Gran Sasso的Nazionali del Gran Sasso(LNGS)。SABRE South的设计目的是通过使用主动否决和μ子探测系统,从类似暗物质的调制信号中分离出季节性或与场地相关的影响。超高纯度NaI(Tl)晶体浸没在线性烷基苯(LAB)为基础的液体闪烁体否决,进一步包围被动钢和聚乙烯屏蔽和塑料闪烁体μ子否决。人们已经开展了大量工作来了解和减轻背景过程,其中考虑到来自探测器材料、来自内在和宇宙起源激活过程的辐射,并了解晶体和否决系统的性能。SUPL为位于Stawell金矿地下1024米(约2900米水当量)的新建设施,其建设已于二零二二年年中完成。该实验室将容纳稀有事件物理搜索,包括即将到来的SABRE暗物质实验,以及测量设施,以支持低背景物理实验和应用,如放射生物学和量子计算。SABRE South的调试预计将于2023年进行。本文介绍了实验的设置和投影,以及地下实验室的描述。
Gaseous time projection chambers for rare event detection: Results from the T-REX project. II. Dark matter
作为T-REX项目的一部分,在过去几年中进行了许多研发和原型设计活动,以探索Micromegas读取的气态TPC在稀有事件搜索中的适用性,如双β衰变(DBD),轴子研究和低质量WIMP搜索。虽然在配套文件中,我们专注于DBD,在本文中,我们专注于搜索暗物质候选者,无论是轴子和WIMP的结果。小型超低背景Micromegas探测器被用于对像CERN的CAST这样的轴子太阳镜中预期的X射线信号进行成像。在CAST中已经实现了低至$0.8\times 10^{-6}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的本底水平,而在位于Canfranc地下的地下实验室的测试台中已经获得了低至$\sim10^{-7}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的值。将描述巩固和进一步降低这些值到$\sim10^{-8}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的前景。这样的探测器,放置在未来的IAXO实验的X射线望远镜的焦点,将允许10 $^5$比CAST更好的信噪比,并搜索太阳轴子与$g_{aγ}$下降到几个10 $^{12}$ GeV $^{-1}$,以及进入未探索的轴子参数空间。此外,这些TPC的放大版本,适当屏蔽并放置在地下,可以在寻找低质量WIMP方面具有竞争力。TREX-DM原型,$\sim$ 0.3…
Neutron spectrum measurement in the Yemi underground laboratory
Korea Research Institute of Standards and Science(韩国计量科学研究院);Department of Physics, Kyungpook National University(庆北大学物理系);Center for Underground Physics, Institute for Basic Science(基础科学研究所地下物理中心);Yemilab Operation Center, Institute for Basic Science(基础科学研究所Yemilab运营中心)
Fabrication and Characterization of X-ray TES Detectors Based on Annular AlMn Alloy Films
Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, CAS(中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室);School of Mechanical and Elecrical Engineering, China University of Mining and Technology(中国矿业大学机电工程学院);Institute of Frontier and Interdisciplinary Science, Shandong University(山东大学前沿交叉科学研究中心);School of Physics and Materials, Nanchang University(南昌大学物理与材料学院)
Hydrofluoric acid-free titanium etching for rare-event searches
School of Physics and Astronomy, University of Birmingham(伯明翰大学物理与天文学学院);Institute for Experimental Physics, University of Hamburg(汉堡大学实验物理研究所);STFC Boulby Underground Laboratory(STFC鲍尔比地下实验室)
Li-containing scintillating bolometers for low background physics
我们介绍了锂基化合物作为测量辐射热计的性能,用于稀有衰变研究,如双β衰变和直接暗物质研究。这些化合物在安装在Granatori Nazionali del Gran Sasso(意大利)地下实验室的稀释冰箱中进行测试。利用不同的放射源研究了低温净化性能,并估算了可能用于下一代实验的内部污染物的放射性纯度水平。
R&D of cosmic ray detection module with liquid scintillator and wavelength shift fiber
University of South China(南华大学);State Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences(高能物理研究所粒子天体物理国家重点实验室,中国科学院);Tianfu Cosmic Ray Research Center(天府宇宙线研究中心);Institute of High Energy Physics(高能物理研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics(粒子探测与电子学国家重点实验室);Sun Yat-sen University(中山大学);North China Electric Power University(华北电力大学);Institute of Frontier and Interdisciplinary Science, Shandong University(山东大学前沿交叉科学高等研究院)
First Dark Matter Limits from a Large-Mass, Low-Background Superheated Droplet Detector
我们报告的制造方面和校准的第一个大的有效质量($\sim15$ g)模块的SIMPLE,粒子暗物质的搜索使用过热液滴探测器(SDDs)。虽然仍然受到手头小数据样本的统计不确定性的限制,但Rustrel-Pays d 'Apt新地下实验室的第一周操作已经提供了与领先实验竞争的轴向耦合弱相互作用大质量粒子(WIMP)的灵敏度,证实SDD是WIMP检测的一种方便,低成本的替代方案。
Muon-induced background in a next-generation dark matter experiment based on liquid xenon
在稀有事件搜索实验中,μ子诱导的中子可能导致潜在的不可约背景。我们研究了实验室深度对未来暗物质实验中μ子诱导背景的影响,该实验能够达到所谓的中微子层。我们的模拟研究集中在一个氙基探测器与71吨的有效质量,由额外的否决系统,包括仪表水盾包围。英国博尔比地下实验室(Boulby Underground Laboratory)的两个地点作为案例研究:一个位于盐中的实验洞穴,深度为2850 m w.e.(与现有实验室的位置相似),以及一个位于杂卤石岩中的较深实验室,深度为3575 m w.e.。我们的研究结果表明,不到一个事件的宇宙背景是可能生存的标准分析削减10年的操作在任何一个位置。我们确定的最大背景组分来自$^{17}$ N的延迟中子发射,其由实验的含氟聚合物组分中的$^{19}$ F产生。我们的研究结果证实,暗物质的搜索与中微子地板的敏感性是可行的(从宇宙背景的角度来看)在地下实验室在这些水平的岩石覆盖层。我们提出的细节进行模拟和获得的结果。
A feasibility study of extruded plastic scintillator embedding WLS fiber for AMoRE-II muon veto
AMoRE-II是高级钼基稀有过程实验的第二阶段,目的是使用约200公斤含氘低温探测器寻找100 Mo同位素的无中微子双β衰变。AMoRE-II需要使用各种方法将本底水平保持在10-5计数/keV/kg/年以下,以最大限度地提高灵敏度。方法之一是在远离宇宙射线背景的地下深处进行实验。AmoRE-II将在Yemilab运行,深度约为1,000米。然而,即使在如此深的地下环境中,仍然存在幸存的宇宙μ子,它们会影响测量,应尽可能排除。μ子否决探测器是必要的,以拒绝μ子诱导的粒子进入内部探测器,其中低温探测器位于。我们已经研究了使用挤出塑料闪烁体和波长漂移光纤与SiPM一起作为μ子否决系统的可能性。我们发现最佳的结构是两层塑料分离器(PS,150 cm x 25 cm x 1.2 cm),每个槽有两个WLS光纤,它可以很好地分离放射性γ,μ子探测效率在99.4%以上。基于700米深地下原型测量的预期通量,我们发现,在Yemilab的AMoRE-II的μ子否决系统的死时间为1 ms否决窗口的0.6%的整个μ子事件。
Commissioning of a mobile neutron spectrometer for LNGS
University of L’Aquila(拉奎拉大学);INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso(意大利国家核物理研究所,格兰萨索国家实验室);Karlsruhe Institute of Technology(卡尔斯鲁厄理工学院);Heidelberg University(海德堡大学)