《探測輕質量暗物質的高靈敏度液氙實驗》是依託上海交通大學，由倪凱旋擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：探測輕質量暗物質的高靈敏度液氙實驗
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：倪凱旋
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用地下實驗室中高靈敏度的探測器對宇宙中的暗物質直接探測尋找是一個極其熱門的研究課題。最近一段時期，DAMA, CoGeNT等實驗相繼發現了一些疑似信號，具有更高靈敏度的XENON100實驗也有了首批結果。而中國也已經有了一個理想的探測暗物質的場所- - 錦屏山極深地下實驗室。針對目前國際暗物質探測最新形勢，我們在科技部973計畫支持的液氙暗物質預研項目的基礎上，將開發一個新型的扁平狀二相型氙探測器CXO，以及相應的禁止系統，儘快安裝到地下實驗室中運行。這個探測器不僅具有比以往液氙探測器質量大的優勢，更能有效的降低閾能以對輕質量暗物質提高靈敏度。CXO運行一年以後，將有效排除（或探測到成千個）CoGeNT的輕質量暗物質事例，同時在重質量暗物質方面將比現有最好結果靈敏度提高至少一個數量級，對國際暗物質直接探測領域產生重大的影響。
結題摘要
本項目研製了基於液氙的高靈敏度暗物質探測器PandaX一期實驗，並在錦屏地下實驗室進行了暗物質的探測，首批結果排除了包括CoGeNT在內的多個實驗宣稱的疑似輕質量暗物質信號。在此過程中，我們選取了低本底的無氧銅、聚乙烯和老鉛等材料建造了一個可容納噸級液氙探測器的禁止系統，對岩石和實驗室環境中的放射性本底起到了有效的壓低作用。同時我們研製了一個噸級液氙製冷和氙氣循環提純系統，在PandaX一期約8個月的實驗過程中將450公斤的液氙穩定維持在零下96攝氏度，並對其中的雜質進行了有效的移除，保證了探測信號的穩定性。本項目主要研製了一個具有高光採集效率（低閾能）的二相型氙時間投影室。該時間投影室直徑達到60厘米（為國際同類實驗中最大的），靶質量達到120公斤，並在國際上首次採用了Hamamatsu公司生產的R11410高量子效率大面積光電倍增管。在零點場下，該時間投影室對122 keV電子反衝的等效光產額達到了7.3光電子/keV，比XENON100實驗提高了約一倍，探測閾能降低一半，提高了對輕質量暗物質探測的靈敏度。利用中子和伽瑪射線刻度源對探測器的回響表明，在保持50%核反衝事例的情況下，該時間投影室對電子反衝本底的排除本領達到了99.7％，和XENON100, LUX等國際同類實驗的本底排除本領處於相同水平。在首批17天的暗物質尋找數據中，我們對中心37公斤的有效靶質量中的數據進行了分析，在暗物質事例可能存在的低能區共找到46個候選事例，但這些事例全部來自於電子反衝本底。基於此結果，我們給出了對暗物質與核子碰撞截面的上限，完全排除了目前存在爭議的低質量暗物質疑似信號的可能性，對低質量暗物質的探測結果是國際上最靈敏結果之一。目前，我們正在分析之後採集的數據，繼續提高PandaX一期對暗物質探測的靈敏度。PandaX二期實驗目前正在研製具有500公斤靶質量的探測器，在繼續提高對輕質量暗物質的探測的靈敏度以外，將在各個暗物質質量區域（10 GeV/c2-10 TeV/c2）在其他實驗尚未探索的區域展開暗物質的尋找。
