PandaX-III无中微子双β衰变实验的刻度研究

Neutrinoless Double Beta Decay (NLDBD) is one of the key topics of physics beyond the Standard Model of particle physics. A discovery of NLDBD experimentally would indicate that neutrinos are Majorana particles, and violates the conservation of lepton number. The PandaX-III experiment searches for NLDBD of Xe-136 using high pressure xenon gas Time Projection Chambers (TPC). .The proposed project here is to carry out a necessary calibration system towards the realization of high sensibility detection for NLDBD events. This system needs to be designed to calibrate the Micromegas performance and to correct the uniformity of all Microbulk MicroMegas on readout plane, we could also calibrated accurately the non-linearity in the detector energy response, especially the absolute calibration at Q value of NLDBD. The parameters from the calibration will be used to improve the experiment sensitivity, and to optimize the design and operation of the detector, making a "scaleplate" for the Xenon -136 NLDBD detection.

无中微子双贝塔衰变是超越粒子物理标准模型的新物理研究的重要方向。其发现将证明中微子为马约拉纳粒子，也将直接证明轻子数不守恒。PandaX-III实验利用高气压氙气时间投影室（TPC）来寻找Xe-136的无中微子双贝塔衰变。 .本项目针对该低本底实验对此稀有事件精确探测的需求，着手实验刻度的研究。要求能够实现对探测器的电荷放大与读出平面所有MicroMegas模块增益一致性进行标定与修正，并能够精确刻度探测器对不同能量粒子的非线性响应，特别在Xe-136无中微子双贝塔衰变Q值附近的绝对刻度。即通过标定各项参数来提高实验的探测灵敏度，并优化探测器的设计与运行，为氙-136中无中微子双贝塔衰变的测量制定" 标尺"。

无中微子双贝塔衰变是超越粒子物理标准模型的新物理研究的重要方向。其发现将证明中微子为马约拉纳粒子，也将直接证明轻子数不守恒。PandaX-III实验利用高气压氙气时间投影室（TPC）来寻找Xe-136的无中微子双贝塔衰变。 本项目针对该低本底实验对此稀有事件精确探测的需求，开展实验刻度的研究。主要研究探测器的电荷放大与读出平面所有Micromegas模块增益一致性进行标定与修正，并能够精确刻度探测器对不同能量粒子响应，标定探测各项参数来提高实验的探测灵敏度为氙-136中无中微子双贝塔衰变的测量制定" 标尺"。本项目通过在刻度技术层面，利用不同尺寸的TPC搭建了对应的刻度系统，实现了Micromegas增益一致性的刻度与修正，标定了探测器增益、能量分辨率、电子寿命、漂移速度、电场畸变，搭建慢控制系统，完成了探测器的长期稳定性测试，相关性能指标达到PandaX-III实验要求。此外，开展粒子径迹分析方法以及探测器性能对实验探测器灵敏度的影响研究，首次提出利用卡尔曼贝叶斯方法开展的粒子径迹分析方法预期将PandaX-III的探测灵敏度提高两倍以上。