XENONダークマター直接探索実験
XENON実験では、二相式のタイムプロジェクションチェンバー(time projection chamber, TPC)とよばれる技術を用いた検出器を使用しています。図に示す通り、二相式TPCは液体の相(図中でLXe)の上に気体の相(図中でGXe)によって形成されています。液体の相の底面及び気体の相の上面にそれぞれ多数の光電子増倍管(photomultiplier tubes, PMTs) が設置され、液相及び気相で発生した光を捉えます。液相で反応が起きると、シンチレーション光が発生 し、上下のPMTでとらえられます。シンチレーション光と同時に電離電子が発生、液相中にかけられた電場で上部の気相に向かって運動を始めます。電子は液相、気相間のにかけられた強い電場で気相に飛び出し、そこでエレクトルミネセンス光(electroluminescence)を発生、PMTでとらえられます。
液相で反応が起きると、シンチレーションと電離がおきます。液相で発生するシンチレーション光は波長178nm の紫外光です。シンチレーション光はPMTでとらえられ、S1信号とよばれます。電離によって生じた電子は、液体内部にかけられた電場のためにイオンと再結合することなく上部の気相に気相に向かって運動を始めます。電子は液相、気相間のにかけられた強い電場で気相に飛び出し、さらに加速されエレクトルミネセンス光(electroluminescence)を発生、PMTでとらえられます。このエレクトルミネセンス光はS2信号とよばれます。S2信号は、液体中に生成された単一の電子すらもとらえることのできる感度を持っています。