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研究快讯 | PandaX-II对太阳轴子和中微子反常磁矩的搜寻

已有 1176 次阅读 2021-1-2 07:51 |系统分类:论文交流

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原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 22 December 2020; 

online 29 December 2020


EXPRESS LETTER

A Search for Solar Axions and Anomalous Neutrino Magnetic Moment with the Complete PandaX-II Data

Xiaopeng Zhou, Xinning Zeng, Xuyang Ning, Abdusalam Abdukerim, Wei Chen, Xun Chen, Yunhua Chen, Chen Cheng, Xiangyi Cui, Yingjie Fan, Deqing Fang, Changbo Fu, Mengting Fu, Lisheng Geng, Karl Giboni, Linhui Gu, Xuyuan Guo, Ke Han, Changda He, Di Huang, Yan Huang, Yanlin Huang, Zhou Huang, Xiangdong Ji, Yonglin Ju, Shuaijie Li, Huaxuan Liu, Jianglai Liu, Xiaoying Lu, Wenbo Ma, Yugang Ma, Yajun Mao, Yue Meng, Kaixiang Ni, Jinhua Ning, Xiangxiang Ren, Changsong Shang, Guofang Shen, Lin Si, Andi Tan, Anqing Wang, Hongwei Wang, Meng Wang, Qiuhong Wang, Siguang Wang, Wei Wang, Xiuli Wang, Zhou Wang, Mengmeng Wu, Shiyong Wu, Weihao Wu, Jingkai Xia, Mengjiao Xiao, Pengwei Xie, Binbin Yan, Jijun Yang, Yong Yang, Chunxu Yu, Jumin Yuan, Ying Yuan, Dan Zhang, Tao Zhang, Li Zhao, Qibin Zheng, Jifang Zhou, and Ning Zhou (PandaX-II Collaboration)

Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (1): 011301


文章亮点

利用液氙探测器高灵敏度搜寻太阳轴子和中微子反常磁矩造成的电子反冲事例。


PandaX-II对太阳轴子和中微子反常磁矩的搜寻


研究背景

位于意大利戈兰萨索地下实验室的XENON1T液氙实验通过237吨·天的曝光量,在1到7 keV能量的电子反冲区,发现了53±13个超出预期本底的事例。XENON1T合作组对数据做出了太阳轴子或反常中微子磁矩的诠释,引起了学界的极高关注。同时,XENON1T实验并不否认这些超出仍可能来源于一些未知的本底,需要独立实验的检验。


内容简介

和XENON1T的技术手段类似,我国锦屏地下实验室的PandaX-II实验也是利用液氙测量暗物质等稀有物理事件,在2016与2017年获得国际最强的对暗物质-核子相互作用的限制。最近,上海交通大学的韩柯、周宁特别研究员带领的分析团队,利用PandaX-II探测器101吨·天的曝光量,对可能由太阳轴子或反常中微子磁矩产生的电子反冲信号进行了搜寻。实验组对探测器进行了大量的刻度,不断完善探测器响应模型,并精确测量了探测器主要本底(混合在氙中的氪,氡,氚等放射性杂质)的能谱。基于这些直接测量的本底特征谱,团队利用电子反冲数据对XENON1T实验观测到的低能电子反冲疑似信号进行了直接检验。分析结果显示,XENON1T的疑似信号强度在PandaX-II实验给出的限制之内,因此疑似信号的来源需要下一代更加灵敏的液氙探测器给出确切的答案。该分析结果由北京航空航天大学的周小朋博士及上海交大的两位博士生曾鑫宁、宁旭阳作为主要作者。


研究意义和重要性

PandaX的这项工作是继XENON1T发现超出事例之后唯一的同类实验验证。由于体量和本底原因,PandaX-II实验尚无法确认该疑似信号。这篇文章给出了翔实的数据和本底分析,得出了对轴子-电子耦合和中微子反常磁矩很好的限制,也为新一代即将运行的PandaX-4T实验做好了科学准备。PandaX-4T预期两年的数据积累量下,探测灵敏度将比目前提高一个数量级,能够覆盖大量的暗物质和轴子等新物理信号的参数空间。


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PandaX-II全曝光量在0-25 keV电子反冲区域的数据(黑色数据点)和在本底假设下的拟合(红色直方图)。不同的本底成分也在图中标出。深灰色虚线为按照曝光量等比计算的XENON1T超出的均值能谱。


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