XENONダークマター直接探索実験
2相式TPCであるXENON検出器では、事象の3次元の位置検出器が可能です 。 液体キセノン中では、電子は等速度で運動(ドリフト)するため、S1信号とS2信号の時間差を使うことで事象の位置の深さを知ることができます。平面方向での事象の位置は、PMTの光量分布から知ることができます。こうした3次元の位置検出は検出器中での位置による事象の選別(fiducialization)を可能とします。ダークマター実験の様な稀現象を探索する実験では、こうした事象選別は非常に重要な技術となります。XENON実験の検出器では、外部からの背景事象は液体キセノンの自己遮蔽によって低減されます。したがって、3次元位置検出によって、液体キセノンの中心部で起こった事象のみを選択することで、背景事象を排除した探索が可能となります。
キセノン検出器で検出される信号には、キセノン原子の電子と反応したもの(電子反跳, electron recoil, ER)とキセノン原子の原子核と反応したもの(原子核反跳, nucclear recoi,l NR)の2種類があります。電子反跳事象と原子核反跳事象では、反応時に生じるシンチレーション光と電離信号に使われるエネルギーの比が変わるため、S1信号とS2信号の大きさの比に違いが生じます。S2/S1の値は電子反跳事象の方が原子核反跳現象より大きくなることが知られており、ダークマターとの反応で期待される原子核反跳の選択効率を50%以上に保ったまま、電子反跳による背景事象を99%以上排除することが可能となります。