TeO$_2$低温量热计中切伦科夫光发射的模型

能够探测中微子的Majorana性质并发现轻子数违背的最灵敏过程是無中微子双贝塔衰变。得益于优异的能量分辨率、效率与内在放射性纯度，低温量热计非常适合搜寻该过程。一种能提升当前实验灵敏度的新方法是排斥$\alpha$相互作用，其代表了主要本底来源。在TeO$_2$量热计中，$\alpha$粒子可被标记，因为与电子不同，它们不发射切伦科夫光。然而，探测到的切伦科夫光量极少，妨碍了$\alpha$本底的完全排斥。在本文中，我们将先前TeO$_2$光产额测量所得结果与一个详细的蒙特卡洛模拟相比较，该模拟能复现量热计内$\beta/\gamma$相互作用中产生的切伦科夫光子数及其在实验装置中的传播。我们证明，通过增加晶体表面粗糙度并改进光探测器设计，可从$5\times5\times5$~cm$^{3}$ TeO$_2$辐射热计中探测到的光产额提高至多60%。此外，我们研究了分辨$\alpha$、$\beta$与$\gamma$相互作用的可能性，它们代表了终极本底来源。遗憾的是$\gamma$排斥不可行，但利用高灵敏度光探测器可实现$\alpha$排斥。