CANDLES 探测器能量分辨率的研究

在无中微子双贝塔衰变（$0\nu\beta\beta$）实验中，能量分辨率对于区分 $0\nu\beta\beta$ 与本底事件十分重要。用于低能谱仪研究中微子与暗物质之氟化钙（CANDLES）采用 CaF$_2$ 闪烁体同时作为探测器与源来甄别 $^{48}$Ca 的 $0\nu\beta\beta$。光电倍增管（PMTs）收集闪烁光子。在 $^{48}$Ca 的 Q 值处，当前能量分辨率（2.6%）超出了光电子数的理想统计涨落（1.6%）。由于 CaF$_2$ 具有 1000 ns 的长衰减常数，采用 4000 ns 内的信号积分来计算能量。基线涨落（$\sigma_{baseline}$）在信号积分中累积，从而劣化了能量分辨率。本文研究了 CANDLES 探测器中的 $\sigma_{baseline}$，其在 $^{48}$Ca$的 Q 值处使分辨率严重劣化达 1$\sigma_{\rm baseline}$，可采用光子计数获取各 PMT 中的光电子数；然而各 PMT 中显著的光电子信号重叠概率导致计数中光电子丢失并降低能量分辨率。“部分光子计数”可减小$\sigma_{baseline}$并最小化光电子损失。我们在 1460.8 keV（$^{40}$K 的$\gamma$射线）处获得 4.5–4.0$^{208}$Tl 的$\gamma$射线）处获得 3.3–2.9$^{48}$Ca 的$0\nu\beta\beta$ 半衰期的灵敏度可提升 1.09 倍。