用于粒子物理与天体物理的液氙探测器

本文回顾了过去20年间液氙探测器在粒子物理、天体物理及医学成像实验中的开发与应用进展。我们首先基于最新的理论与实验信息，总结了液氙作为辐射探测介质的基本性质。在简要介绍不同类型的液氙探测器之后，我们接着回顾了过去、当前及未来利用液氙搜寻稀有过程以及在太空和医学中进行辐射成像的实验。在介绍每种应用时，我们会先简要概述其背后的科学动机与实验要求，然后回顾每个实验的基本特性与预期性能。在这十年内，以不同模式运行的大体积液氙探测器似乎很可能为回答粒子物理、天体物理和宇宙学中一些最根本的问题做出贡献，从而满足最严苛的探测挑战。从MEG实验（目前运行中最大的液氙闪烁探测器，致力于寻找稀有的μ→e+γ衰变），到未来的XMASS实验（同样仅利用液氙闪烁来开展一项雄心勃勃的稀有事件搜寻计划），再到像XENON和EXO这类时间投影室（分别利用液氙的闪烁和电离来寻找暗物质和无中微子双β衰变），我们预期在未来几年内将取得无与伦比的性能表现，并为物理学做出重要贡献。