用于稀有事件搜寻的双相氙时间投影室

在过去十年中，双相氙时间投影室（Xe-TPCs）已成为天体粒子物理与稀有事件搜寻领域中最强大的探测器之一。这些装置主要面向暗物质粒子的直接探测而发展，目前运行于地下的实验已达到多吨级靶质量、约 1 keV 的能量阈值，以及类似于太阳中微子水平的放射性本底率。这些独特性质，加上数年稳定运行的验证，使得通过高灵敏度搜寻大量极稀有相互作用来探索新领域成为可能。其中包括对粒子暗物质的搜寻、对二阶弱衰变的搜寻，以及天体物理中微子的观测。我们首先回顾氙作为辐射探测介质的一些性质，以及双相 Xe-TPCs 的工作原理及其能量校准与分辨率。接着讨论当前运行实验与拟议下一代项目的现状，描述若干技术挑战。最后考察它们对暗物质候选者、二阶弱衰变以及太阳和超新星中微子的灵敏度。基于双相 Xe-TPCs 的实验十分困难，且如同所有优秀实验一样，它们不断被推向极限。连同天体粒子物理与宇宙学中诸多其他努力，它们将继续拓展未知之边界，有望揭示关于我们宇宙的全新深刻认知。