氙气实验挤压了WIMPy暗物质(5)

通过故意用各种放射性源“污染”XENON实验，这些放射源在探测器内引起不同的效果，XENON合作的科学家可以了解哪些类型的信号是其背景的一部分，以及各种污染源是什么样的。了解您的“噪声”对于从数据中提取信号至关重要。
学分：氙气合作，D. Wenz 谈话，2023 年
自2005年以来，当XENON的第一次迭代开始获取数据并限制暗物质和正常物质之间的相互作用横截面时，一系列巨大的改进随之而来。氙气的第一次迭代被称为XENON10，因为它大约有“10公斤目标”的液态XENON。从2005年到2007年，这个~14千克的目标质量表明，在你可能期望找到WIMPS的质量范围内（从~1 GeV，或质子质量附近，到TeV的几10s，或略高于LHC可以探测到的最大质量），横截面可能不超过~10-43平方厘米。探测器中来自背景事件的最大污染是由于电子反冲，以大约200万每吨，每年，每keV的能量沉积在探测器中。
这被升级到XENON100（2008-2016），目标为62公斤，实现了~10-45平方厘米的横截面限制并将电子反冲率降低到~1800每吨，每年，每keV的能量。
然后，升级到XENON1T（2012-2019），使用2吨氙气靶，横截面限制为4×10-47cm²，并将电子反冲率降低到每吨、每年每 keV 能量 82 。

随着时间的推移，XENON实验以多种方式发展，不仅尺寸增加，改善了WIMP和正常物质相互作用的横截面约束，而且还显着改进了实验，减少了背景信号，并创造了令人难以置信的纯净样品。
学分：氙气合作，D. Wenz 谈话，2023 年
但XENONnT（2020年至今）的最新结果具有5.9吨的氙气目标，并将电子后坐力率一路降低到每年每吨每keV仅15.8个背景事件。横截面限制已经有所改善，仅为XENON1T科学寿命结束时的一半。
使氙气实验成为可能的关键技术是所谓的时间投影室，简称TPC。当粒子与液态氙相互作用时，它会产生核反冲，导致氙原子核激发然后迅速去激发，产生特定波长的光子，该光子在围绕目标的探测器内注册。然而，由于整个探测器上施加了一个电场，同样由信号产生的电离电子尾迹将向上漂移，在那里它们将记录第二个独立测量的信号。正是通过同时观察这两个电离信号，以及存在的任何外部“否决权”，氙气科学家才能确定他们的探测器中发生了什么。