揭示氙初级 scintillation 产额以服务前沿稀有事件实验
天体物理仪器与方法
2023-10-05 v2 原子物理
摘要
氙 scintillation 已广泛用于无中微子双贝塔衰变、双电子俘获和暗物质搜寻等稀有事件探测实验。然而，气态氙（GXe）中初级 scintillation 产额的实验值仍然稀少且分散。在无复合情况下，GXe 中产生一个 scintillation 光子所需的平均能量 wsc 被测得处于 34–111 eV 范围。相较于伽马或 X 射线产生的电子，alpha 粒子所报道的值更低。由于预期 x、伽马射线或电子与 alpha 粒子的 wsc 相近，上述差异无法被理解。此外，人们可提出 wsc 是否依赖于光子能量的疑问。我们针对 70–300 V/cm/bar 电场范围及 1.2 bar 条件下 GXe 的绝对初级 scintillation 产额开展了系统研究，并辅以稳健的几何效率模拟模型。我们得以厘清上述悬而未决的问题：我们测定了 5.9–60 keV 范围 x/伽马射线与 1.5–2.5 MeV 范围 alpha 粒子的 wsc；未观测到对辐射类型或能量的显著依赖。我们的数值与最先进模拟及文献中 alpha 粒子数据吻合良好。本工作讨论了我们的结果与文献中 x/伽马射线实验值之间的偏差，并将其归因于既往研究未处理的大系统误差。这些发现可外推至其他气体，并对双贝塔衰变、双电子俘获、定向暗物质搜寻等实验以及 DUNE-Gas 等潜在未来探测系统产生影响。若忽略第三连续区发射（多数文献值的情况），得到平均 wsc 值为 38.7 [± 0.6 (统计)] [(- 7.2) (+ 7.7) (系统)] eV。
引用
@article{arxiv.2309.14202,
title = {Unraveling xenon primary scintillation yield for cutting-edge rare event experiments},
author = {C. A. O. Henriques and J. M. R. Teixeira and P. A. O. C. Silva and R. D. P. Mano and J. M. F. dos Santos and C. M. B. Monteiro},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.14202},
year = {2023}
}