利用PandaX液氙探測器尋找低質(zhì)量暗物質(zhì).pdf

1、眾多的天文觀測與大尺度結(jié)構(gòu)模擬都顯示有宇宙間暗物質(zhì)存在的證據(jù)。在近三十年間被稱為WIMP（弱相互作用重粒子）的粒子因其能夠匹配現(xiàn)今宇宙的暗物質(zhì)密度，在暗物質(zhì)直接探測領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。在現(xiàn)今的暗物質(zhì)直接探測技術(shù)中，使用液氙作為探測介質(zhì)的二相型時(shí)間投影室技術(shù)(LXe-TPC)是目前最為主流的一項(xiàng)探測技術(shù)。其主要優(yōu)勢在于對伽馬本底很好的辨別排除能力，以及高質(zhì)量的事例三維重建能力。
　　二相型液氙時(shí)間投影室的高本底排除效率源于在液氙中伽

2、馬本底產(chǎn)生的電子反沖和暗物質(zhì)可能產(chǎn)生的核反沖間電離與閃爍信號(hào)比例的差異。目前對于液氙中的低能信號(hào)響應(yīng)模型并沒有達(dá)到可靠的精度。其中需要完善的有在低能區(qū)（幾keV）電子反沖的光子電子產(chǎn)生率，以及對伽馬本底排除率極限的相關(guān)問題。在本論文第三章中將介紹一套小型二相型液氙時(shí)間投影室的開發(fā)與構(gòu)建，涵蓋對其真空制冷、氣液循環(huán)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的介紹。所研發(fā)的探測器在試運(yùn)行中得到了較高的能量分辨率，適合用于研究液氙中低能量的電子和核反沖信號(hào)。本

3、論文將在第四章中詳細(xì)闡述使用該小型二相型液氙時(shí)間投影室探測低能反沖信號(hào)的過程，以及我通過所得數(shù)據(jù)構(gòu)建的信號(hào)模型。該信號(hào)模型更新了已有模型中對于低能電子反沖以及液氙中反沖分辨能力上理解的不足。測量結(jié)果對利用液氙探測器尋找暗物質(zhì)可能產(chǎn)生的電子反沖信號(hào)[1,2]起到了參考作用。同時(shí)也為下一代液氙探測器的優(yōu)化給出了方向。
　　本論文在第五章中將詳細(xì)介紹PandaX暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析。PandaX是中國第一個(gè)使用二相型液氙時(shí)間投影

4、室技術(shù)的暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗(yàn)。它坐落于擁有目前世界最低宇宙線本底的四川錦屏地下實(shí)驗(yàn)室CJPL（6900多米等效水深）。PandaX一期探測器利用扁平狀的靈敏區(qū)域設(shè)計(jì)增大探測器光采集效率，力求提升對于低質(zhì)量暗物質(zhì)的探測靈敏度。本論文第五章將介紹由作者開發(fā)的名為PandaX Raw Pulse Analyser(PRP)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，以及利用PandaX第一批數(shù)據(jù)對于低質(zhì)量暗物質(zhì)的分析研究。該結(jié)果排除了先前其他暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)給出的低質(zhì)量暗物