PandaX-nT暗物质探测实验读出电子学预研系统的研制

PandaX-nT升级对电子学系统提出了诸多新的挑战,如更多的通道数、高速高精度的波形数字化、灵活的触发算法和更高的数据带宽要求等.本文介绍一种为未来PandaX-nT暗物质直接探测升级实验预研的读出电子学系统.该电子学系统主要由前置放大电路模块、波形数字化模块(FDM)、数据获取模块(DAQ)和时钟分发模块等组成.FDM集成8路14bit@1GS/sADC,具有较高集成度,可实现对探测器信号波形数字化,并通过光纤与DAQ通信.DAQ可汇总多块FDM数据,实现全数字化的触发算法,并通过基于TCP协议的千兆以太网与计算机通信,保证了数据传输的可靠与稳定.目前已完成了整个读出电子学系统设计,并对整个电子学系统进行了功能验证,以及与探测器进行了初步的联合测试.整个电子学系统具有较高的可扩展性,并能实现更复杂的触发算法,能满足下一代升级的需求.

应用于PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台的Bulk Micromegas性能研究

探测无中微子双贝塔衰变的PandaX-Ⅲ实验需要一个能同时对多个Micromegas探测器的增益、能量分辨、坏道分布、位置分辨等性能参数进行测试的平台,为此中国原子能科学研究院建立了PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台.本文采用由光蚀刻技术制作的Bulk Micromegas对该测试平台进行研究:利用55Fe放射源在Ar+10%CO2的流气情况下,使用基于AGET读出芯片制作的通用读出电子学进行数据采集;运用C++与ROOT软件库编写相应的后端数据分析软件,并对数据进行了分析.测试结果表明,PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台各系统工作状态良好,应用于测试平台的Bulk Micromegas探测器具有良好的信噪比,X射线成像效果清晰,对5.9 keVX射线的能量分辨率为19.7%.

PandaX实验的进展与展望

PandaX是位于四川的中国锦屏地下实验室(CJPL)内的,利用氙作为工作物质,探测暗物质等其它极稀有事件的大型地下粒子探测实验计划。Panda X探测器中的氙工作在气液两相的模式。通过检测液相和气相中闪烁光强的比例,实现对目标粒子包括WIMP和Axion等疑似信号的鉴别。Panda X已顺利完成了有效区体积约为120 kg氙的一期计划,目前正在运行实施有效区体积约为500 kg氙的二期计划。在WIMP质量为45 Ge V/c^2附近,探测灵敏度达2.97×10^(-45)cm^2(90%置信度),没有发现WIMP疑似信号。本工作介绍了Panda X一期和二期的进展,以及后续升级计划,其中包括升级Panda X的时间投影室至4吨,建造用于屏蔽岩石放射性本底的水屏蔽,以及^(136)Xe双贝塔衰变的研究计划等。

中国锦屏地下实验室与稀有物理实验

中国锦屏地下实验室是目前世界上岩石覆盖最深的深地实验室,对宇宙线μ子具有良好的屏蔽作用,具有极低的宇宙线通量,因此适用于开展对稀有物理事例的探测实验。目前,包括中国暗物质实验(China Dark matter EXperiment,CDEX)、粒子和天体物理氙实验(Particle and Astrophysical Xenon Experiments,PandaX)、锦屏深地核天体物理实验装置(Jinping Underground Nuclear Astrophysics Experiment,JUNA)等实验组已经入驻锦屏实验室,对暗物质直接探测、无中微子双β衰变、天体核反应等一系列稀有物理事例进行实验探测,并给出了一系列国际先进水平的研究成果。本文总结了中国锦屏地下实验室自成立以来的发展过程和本底控制情况,并对实验室中各个实验组所开展实验的物理意义、实验原理、关键技术、物理成果等进行介绍,同时给出实验组接下来的实验计划。

极深地下探秘宇宙的“熊猫X”实验

近百年的天文学观测表明宇宙中有大量看不见的"暗物质"存在,但是我们对暗物质的本质却所知甚少。宇宙中也充斥着一种很像暗物质的"幽灵粒子"——中微子,它们的身上也有着众多未解之谜。对暗物质和中微子研究的突破很可能带来下一次物理学的革命。国际上最深的、位于四川凉山州的中国锦屏地下实验室为这样的实验研究提供了得天独厚的场所。过去的20年,液氙探测技术的发展使之成为了探测暗物质、研究中微子性质的核心手段之一。文章主要介绍了暗物质与中微子的未解之谜、液氙探测技术的发展、国内外一些液氙实验的发展态势以及我国液氙探测暗物质"熊猫X"实验的现状和未来。