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CORDIS - Resultados de investigaciones de la UE
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Measuring the properties of hydrogen doped liquid xenon for current and future liquid xenon observatories

Descripción del proyecto

Mezcla química para facilitar la búsqueda de la materia oscura ligera

Hasta ahora, los grandes observatorios subterráneos han utilizado xenón líquido pesado como material objetivo para buscar materia oscura. Aunque este líquido denso permite reducir eficazmente el ruido de fondo, también plantea dificultades: detectar la colisión de una partícula ligera de materia oscura con un átomo pesado de xenón es como lanzar una pelota de pimpón contra una bola de bolos. El átomo pesado apenas se mueve, por lo que los instrumentos no pueden detectar la colisión. En el proyecto XLZD-NixeH, respaldado por las acciones Marie Skłodowska-Curie, se pretende solucionar este desajuste mezclando hidrógeno gaseoso con xenón líquido. Se estudiará cómo afecta el hidrógeno al comportamiento de los electrones y a las señales luminosas, con el fin de convertir los grandes detectores en instrumentos de alta precisión capaces de registrar las interacciones de partículas de baja masa, difíciles de detectar.

Objetivo

Despite decades of progress, the particle nature of dark matter (DM) remains still unknown. Dual-phase liquid xenon (LXe) time projection chambers (TPCs) excluded large regions of GeV-scale DM parameter space thanks to their excellent self-shielding against external backgrounds, low energy thresholds, and high energy resolution. The same properties make LXe TPCs sensitive to other rare-event phenomena, like neutrinoless double beta decay (0νββ) of 136Xe or solar neutrinos. Building on this success, the XLZD collaboration aims to construct a next-generation LXe observatory with a target mass of 60–80 t , to probe this parameter space down to the neutrino fog.
With no confirmed DM signal, attention has extended also to MeV–GeV scale DM candidates motivated by theories beyond the Standard Model, such as asymmetric DM. However, the large nuclear mass of xenon limits sensitivity in this regime due to unfavorable recoil kinematics. The HydroX collaboration proposes percent-level doping of LXe with H2 introducing light scattering targets while preserving the background rejection power and scalability of LXe TPCs. In addition to enabling sensitivity to sub-GeV DM, H2-doping is expected to enhance event topology discrimination by increasing electron drift velocity and reducing longitudinal diffusion, offering potential benefits for 0νββ and neutrino searches.
Given that no published measurements of H-doped LXe exists, XLZD-NixeH aims to systematically investigate the impact of H2-doping on LXe by leading the UK effort of HydroX. Key objectives are: (O1) characterization of electron transport and charge/light yield modifications; (O2) measurement of proton recoil responses relative to xenon nuclear recoils; and (O3) development of machine-learning-based reconstruction techniques for high-energy electron tracks with and without H2 doping. These studies will significantly contribute to HydroX and the feasibility of H2-doping of current and future LXe observatories.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinador

IMPERIAL COLLEGE OF SCIENCE TECHNOLOGY AND MEDICINE
Aportación neta de la UEn
€ 276 187,92
Dirección
SOUTH KENSINGTON CAMPUS EXHIBITION ROAD
SW7 2AZ London
Reino Unido
Región
London Inner London — West Westminster
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
Sin datos