液体キセノン中のチェレンコフ光の分光測定と大規模宇宙素粒子実験への応用

液氙中切伦科夫光的光谱测量及其在大规模宇宙粒子实验中的应用

基本信息

批准号：
22K03651
负责人：
中村正吾
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03651/
关键词：
液体キセノンチェレンコフ光分光測定

项目摘要

本研究では，液体キセノン（LXe）中で発生する微弱なチェレンコフ光について，真空紫外（VUV）の約160nmから近赤外（NIR）の約1000nmまでの広い波長領域で分光測定してスペクトルを求める。そして得られたスペクトルの情報から，LXe中を高速走行する荷電粒子を弁別する可能性を議論し，LXeを大規模に用いる暗黒物質探索や２重β崩壊探索，太陽ニュートリノ観測など，高速の電子の発生を伴うイベントの弁別が有用と考えられる最先端の宇宙素粒子実験でのチェレンコフ光の利用を推進する。チェレンコフ光の分光測定は，LXeをチェッキングソースの放射線で励起して発するシンチレーション光を分光測定するためのVUV分光器と冷却CCDカメラを組み合わせた既存の実験系を流用して行なうが，チェレンコフ光はシンチレーション光の約100分の1の強度の微弱光のため，ノイズを十分に抑えシンチレーション光の寄与も正確に評価して差し引く必要がある。そこで，冷却CCDカメラについては熱ノイズとその揺らぎを正確に評価する。また，LXeを励起するチェッキングソースの放射線は，Sr90線源のβ線とCo57線源の低エネルギーのγ線とでチェレンコフ光の発生率が異なると予想されるので，それらによる両スペクトルを比較する。また，スペクトルの補正において波長較正と強度較正の精度も十分に上げる。初年度である今年度は，重水素光源とキセノンフラッシュ光源を用いたVUV-UV領域での波長較正手法を確立した他，VUV-NIRの広い波長域において透明な光学結晶（フッ化マグネシウム，フッ化バリウム，合成石英）で発生するチェレンコフ光を分光測定することで，測光系のSN比の向上と強度較正手法の検討を行なった。結果の一部は，実験装置を共用する液体キセノンの赤外発光の研究発表の一部として，2022年秋と2023年春に日本物理学会で発表した。

在这项研究中，我们将在真空紫外（VUV）中约160 nm到近红外（NIR）中约1000 nm的宽波长范围内测量液态氙（LXe）中产生的微弱切伦科夫光以获得光谱。然后我们讨论从获得的光谱信息中区分LXe中高速行进的带电粒子的可能性，并讨论区分LXe中高速行进的带电粒子的可能性我们将推动切伦科夫光在尖端宇宙学粒子中的应用。实验，其中被认为有助于区分涉及发生的事件。切伦科夫光的光谱测量是通过重复使用现有的实验系统来进行的，该系统结合了 VUV 光谱仪和冷却 CCD 相机，用于对激发 LXe 与检查源的辐射发出的闪烁光进行光谱测量，因为这是具有弱光的光。由于闪烁光的强度约为闪烁光的1/100，因此需要充分抑制噪声并准确地评估和减去闪烁光的贡献。因此，我们可以准确评估冷却 CCD 相机的热噪声及其波动。此外，由于激发 LXe 的检查源的辐射预计在 Sr90 源的 β 射线和 Co57 源的低能 γ 射线之间具有不同的切伦科夫光产生率，因此我们比较了两者的光谱。。另外，光谱校正中波长校准和强度校准的精度也得到充分提高。在本财年，第一年，我们建立了使用氘光源和氙闪光光源的VUV-UV区域的波长校准方法，并且我们还建立了使用紫外光源的VUV-UV区域的波长校准方法。通过对氯化钡（合成石英）中产生的切伦科夫光进行光谱测量，我们提高了光度系统的信噪比，并研究了强度校准方法。部分结果将于 2022 年秋季和 2023 年春季在日本物理学会发表，作为液氙红外发射研究报告的一部分，该报告将共享实验设备。