素粒子物理学：低バックグラウンドのニュートリノレス二重β崩壊実験用の蛍光二色センサー

ニュートリノレス二重β崩壊の観測は、ニュートリノがそれ自身の反粒子であることを立証する唯一の実用的な方法である。ニュートリノの質量が小さいため、ニュートリノレス二重β崩壊の寿命は、ニュートリノレス二重β崩壊の実験的特徴を模擬できる天然放射性系列の典型的な寿命より少なくとも10桁長いと予測される。ニュートリノレス二重β崩壊の最も確固とした同定には、放射性バックグラウンドによって生成できない特徴的な信号（崩壊における娘原子の観測など）の定義と、優れたエネルギー分解能が必要である。特に、¹³⁶Xeのニュートリノレス二重β崩壊は、その二重電離状態の娘原子¹³⁶Ba²⁺を検出することで立証できる可能性がある。今回我々は、単一のBa²⁺イオンの検出によって二重β崩壊を特定する「バリウムタギング」実験に向けた重要な一歩を実証する。我々は、高圧キセノンガス検出器中で単一Ba²⁺イオンを検出できるセンサーの中核として、蛍光二色インジケーターを提案する。こうしたインジケーターの単層でできたセンサーでは、Ba²⁺ジカチオンがインジケーター分子の1つに捕捉され、光物理的特性が異なるBa²⁺配位化学種が生成されると思われる。そうした単一Ba²⁺配位インジケーターの存在は、レーザーシステムによって繰り返し送られる信号に対する応答から明らかになると思われ、これによって、バリウムタギング実験用の高圧キセノンガス検出器中で単一Ba²⁺イオンを検出できるセンサーの開発が可能になる。

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