用于寻找新物理的低温闪烁探测器研发

CryoCsI，即所提出的原型，是一种低温未掺杂的CsI闪烁探测器，与掺杂的CsI相比，其能量阈值可能低至0.5 keV$_{nr}$。CryoCsI的这种增强灵敏度使得能够观测到更多的相干弹性中微子-原子核散射（CEvNS）事件。精确测量CEvNS不仅可以验证标准模型的预测，还可以探索新物理。与其他COHERENT探测器结合，CryoCsI有潜力在标准模型内外的广泛物理课题中实现世界领先的灵敏度。本文探讨了CryoCsI对隐藏扇区暗物质、非标准中微子相互作用以及中子半径的灵敏度。本论文深入研究了CryoCsI的构建以及将其光产额从20提高到50 ± 2个光电子每keV电子当量（keV$_{ee}$）的努力。论文将讨论低温硅光电倍增管（SiPM）面临的挑战，包括较差的能量分辨率、光学串扰以及对探测稀有事件的潜在限制。理解闪烁探测器对核反冲的光产额至关重要，这一点通过α粒子和中子淬灭因子测量进行了探索。在三角大学核实验室使用中子束测量了约15%的淬灭因子。将讨论针对光电倍增管（PMT）中观察到的过冲效应等挑战提出的解决方案。此外，论文还将探讨通过光学模拟最小化背景噪声和优化CsI晶体形状的设计考虑。