岩石中γ射线背景：基于液体氦隧道器的下一代暗物质实验研究
仪器与探测器
2025-05-20 v2 高能物理 - 实验
摘要
对于针对暗物质相互作用和 neutrinoless 双β衰变（0）衰变的罕见事件实验，应防御来自岩石的γ射线背景。本文描述了γ射线通过水屏蔽的输运模拟，并评估抑制岩石背景至可忽略水平所需的屏蔽厚度。该研究聚焦于下一代液体氦观测设施，涉及广泛的测量，包括寻找弱相互作用巨型质子（WIMP）和 Xe 0 衰变。我们的发现表明，在3.5米的水屏蔽加上0.5米的液体漂白剂后，γ射线背景在WIMP能量范围（0 - 20 keV）内几乎不会通过分析 cuts。对于0衰变，经过10年运行后可实现以下背景：fiducial质量为39.3吨。此外，对于典型的 Th 和 U 射率为1 Bq kg的情况，我们研究了减少水屏蔽1米的效果，结果在0衰变下fiducial质量降至19.1吨，仍可实现WIMP搜索的可忽略背景。本文还介绍了位于布尔比矿井的射度测量，这座矿井曾 hosting 多次暗物质实验，亦是未来双相液体氦实验的潜在场所。这些测量用于规范化模拟结果并评估布尔比的屏蔽需求。
引用
@article{arxiv.2504.11613,
title = {Gamma-ray background from rock: studies for a next-generation dark matter experiment based on liquid xenon},
author = {J. K. Tranter and V. A. Kudryavtsev and P. R. Scovell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.11613},
year = {2025}
}