低质量暗物质项目 ALETHEIA：用于暗物质探测的液氦时间投影室
天体物理仪器与方法
2021-11-23 v3 高能物理 - 实验
摘要
暗物质（DM）是当今基础物理学中最亟待理解和回答的关键问题之一。借助多种天文与宇宙学技术的观测已确证 DM 存在于宇宙、银河系与太阳系中。然而，以基本物理学语言对 DM 的理解仍在进行。DM 直接探测旨在检验星系 DM 粒子与地下探测器核子之间的相互作用截面。尽管弱相互作用大质量粒子（WIMPs）是被讨论最多的 DM 候选者，该领域最具说服力的多数实验已一致给出零 WIMPs 结论。与采用液氙或液氩 TPC（时间投影室）的高质量 WIMPs（10 GeV/c - 1 TeV/c）实验相比，低质量 WIMPs 区间（100s MeV/c - 10 GeV/c）尚未被充分探索。ALETHEIA 实验旨在利用液氦填充的 TPC 搜寻低质量 WIMPs。本文中，我们梳理低质量 DM 的物理动机、ALETHEIA 探测器的设计、为实现液氦 TPC 功能而应启动的一系列研发计划，以及可用于 DM 搜寻的可能分析通道。我们在 CIAE 设计并自制了一台 30 g 液氦原型探测器。2021 年夏，该探测器成功降温至 4.5 K。当填充真空、1 atm 氮气与液氮时，在高达 17 kV/cm 的外加电压下，探测器的暗电流小于十 pA。
引用
@article{arxiv.2103.02161,
title = {A low-mass dark matter project, ALETHEIA: A Liquid hElium Time projection cHambEr In dArk matter},
author = {Junhui Liao and Yuanning Gao and Zhuo Liang and Zhaohua Peng and Zebang Ouyang and Lifeng Zhang and Lei Zhang and Jiangfeng Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.02161},
year = {2021}
}