《高純鍺暗物質實驗低能量區探測器中子和伽馬本底研究》是依託清華大學，由岳騫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高純鍺暗物質實驗低能量區探測器中子和伽馬本底研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：岳騫
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
2013年和2014年初國際上多個實驗組發表了新的輕質量暗物質探測結果，引起高度關注。高純鍺探測器憑藉極低的能量閾值可以直接探測輕質量暗物質，研究方案具有優勢。通過模擬和實驗研究相結合的方式，對於深入理解高純鍺暗物質實驗本底種類和來源，發展更最佳化的高純鍺探測器本底甄別方法，大大提高暗物質探測靈敏度具有重要意義。 本項研究以清華大學暗物質實驗組獲取的低能量閾高純鍺探測器的實驗數據為基礎，結合模擬研究，並開展新的低通量中子實驗，對12keV以下能量範圍的高純鍺探測器中子和伽馬本底進行研究，建立實驗和模擬研究方法，確定包括探測器自身本底、結構材料本底及外部禁止材料等貢獻的中子和伽馬本底詳細來源及其對能譜的貢獻，並嘗試發展針對高純鍺探測器的中子伽馬信號甄別方法，有效提升高純鍺暗物質實驗靈敏度，並且可以在更高靈敏度情況下開展年度調製效應研究，預期得到國際一流暗物質實驗物理結果。
結題摘要
10GeV以下輕暗物質的探測是近年來暗物質直接探測實驗關注的重要區域。國際上多個實驗組發表的輕暗物質質量區的實驗結果，有的相互支持，有的相互矛盾，需要開展更高靈敏度更低閾值的暗物質實驗加以檢驗，並進一步發展關鍵技術、降低本底水平，提升暗物質靈敏度。高純鍺探測器憑藉其極低的能量閾值和高純度的靶材料等特徵，對10GeV以下輕暗物質開展直接探測具有一定的技術優勢。本項目希望在CDEX合作組前期研究基礎上，對CDEX的C1A、C1B、和C10等探測器系統的性能進行研究，特別是在降低能量閾值方面、低能區本底種類和來源、本底抑制方法等方面，發展新的本底甄別方法，進一步降低暗物質探測閾值，降低探測器系統本底水平，提升輕暗物質探測靈敏度。通過本項目的研究，在如下方面取得了很好的進展：（1）設計、建造和運行新的高純鍺探測系統，將液氮溫區工作的高純鍺探測器的閾值由約450eV降低到小於200eV的當前國際最低值；（2）對12keV以下能區的高純鍺探測系統本底進行深入研究，初步掌握了探測器宇生本底、結構材料和外部伽馬射線本底的貢獻，對中子本底上限進行了研究和估計，基本確定目前本底水平下中子本底不是主要來源；（3）通過對CDEX各探測器實驗數據進行分析，發表了多個暗物質探測靈敏度實驗結果，在點電極高純鍺輕暗物質探測方面給出了國際最靈敏的實驗結果；（4）利用CDEX實驗數據，給出了我國首個軸子暗物質探測實驗結果，得到了目前國際上最靈敏的質量低於1 keV的類軸子暗物質粒子探測結果；（5）研究得到了CDEX-1實驗Ge-76的0bb能區本底測量結果，並據此給出了我國首個基於Ge-76的0ββ 衰變半衰期測量結果。本項目各項研究工作取得了豐富的成果，為CDEX合作組後續工作奠定了很好的基礎。
