Journal of High Energy Physics

, 2016:104 | Cite as

First proof of topological signature in the high pressure xenon gas TPC with electroluminescence amplification for the NEXT experiment

  • The NEXT collaboration
  • P. Ferrario
  • A. Laing
  • N. López-March
  • J. J. Gómez-Cadenas
  • V. Álvarez
  • C. D. R. Azevedo
  • F. I. G. Borges
  • S. Cárcel
  • S. Cebrián
  • A. Cervera
  • C. A. N. Conde
  • T. Dafni
  • J. Díaz
  • M. Diesburg
  • R. Esteve
  • L. M. P. Fernandes
  • A. L. Ferreira
  • E. D. C. Freitas
  • V. M. Gehman
  • A. Goldschmidt
  • D. González-Díaz
  • R. M. Gutiérrez
  • J. Hauptman
  • C. A. O. Henriques
  • J. A. Hernando Morata
  • I. G. Irastorza
  • L. Labarga
  • P. Lebrun
  • I. Liubarsky
  • D. Lorca
  • M. Losada
  • G. Luzón
  • A. Marí
  • J. Martín-Albo
  • G. Martínez-Lema
  • A. Martínez
  • T. Miller
  • F. Monrabal
  • M. Monserrate
  • C. M. B. Monteiro
  • F. J. Mora
  • L. M. Moutinho
  • J. Muñoz Vidal
  • M. Nebot-Guinot
  • P. Novella
  • D. Nygren
  • A. Para
  • J. Pérez
  • J. L. Pérez Aparicio
  • M. Querol
  • J. Renner
  • L. Ripoll
  • J. Rodríguez
  • F. P. Santos
  • J. M. F. dos Santos
  • L. Serra
  • D. Shuman
  • A. Simón
  • C. Sofka
  • M. Sorel
  • J. F. Toledo
  • J. Torrent
  • Z. Tsamalaidze
  • J. F. C. A. Veloso
  • J. A. Villar
  • R. Webb
  • J. T. White
  • N. Yahlali
  • H. Yepes-Ramírez
Open Access
Regular Article - Experimental Physics

Abstract

The NEXT experiment aims to observe the neutrinoless double beta decay of 136Xe in a high-pressure xenon gas TPC using electroluminescence (EL) to amplify the signal from ionization. One of the main advantages of this technology is the possibility to reconstruct the topology of events with energies close to Qββ. This paper presents the first demonstration that the topology provides extra handles to reject background events using data obtained with the NEXT-DEMO prototype.

Single electrons resulting from the interactions of 22Na 1275 keV gammas and electronpositron pairs produced by conversions of gammas from the 228Th decay chain were used to represent the background and the signal in a double beta decay. These data were used to develop algorithms for the reconstruction of tracks and the identification of the energy deposited at the end-points, providing an extra background rejection factor of 24.3 ± 1.4 (stat.)%, while maintaining an efficiency of 66.7 ± 1.% for signal events.

Keywords

Dark Matter and Double Beta Decay 

References

  1. [1]
    M.C. González-García and M. Maltoni, Phenomenology with Massive Neutrinos, Phys. Rept. 460 (2008) 1 [arXiv:0704.1800] [INSPIRE].CrossRefADSGoogle Scholar
  2. [2]
    M. Fukugita and T. Yanagida, Baryogenesis Without Grand Unification, Phys. Lett. B 174 (1986) 45 [INSPIRE].CrossRefADSGoogle Scholar
  3. [3]
    R.N. Mohapatra and G. Senjanović, Neutrino Mass and Spontaneous Parity Violation, Phys. Rev. Lett. 44 (1980) 912 [INSPIRE].CrossRefADSGoogle Scholar
  4. [4]
    NEXT collaboration, V. Álvarez et al., NEXT-100 Technical Design Report (TDR): Executive Summary, 2012 JINST 7 T06001 [arXiv:1202.0721] [INSPIRE].
  5. [5]
    NEXT collaboration, J.J. Gómez-Cadenas et al., Present status and future perspectives of the NEXT experiment, Adv. High Energy Phys. 2014 (2014) 907067 [arXiv:1307.3914] [INSPIRE].
  6. [6]
    NEXT collaboration, V. Álvarez et al., Initial results of NEXT-DEMO, a large-scale prototype of the NEXT-100 experiment, 2013 JINST 8 P04002 [arXiv:1211.4838] [INSPIRE].
  7. [7]
    NEXT collaboration, V. Álvarez et al., Operation and first results of the NEXT-DEMO prototype using a silicon photomultiplier tracking array, 2013 JINST 8 P09011 [arXiv:1306.0471] [INSPIRE].
  8. [8]
    Caltech-Neuchâtel-PSI collaboration, R. Lüscher et al., Search for ββ decay in 136 Xe: New results from the Gotthard experiment, Phys. Lett. B 434 (1998) 407 [INSPIRE].
  9. [9]
    NEXT collaboration, J. Martín-Albo et al., Sensitivity of NEXT-100 to neutrinoless double beta decay, arXiv:1511.09246 [INSPIRE].
  10. [10]
    NEXT collaboration, D. Lorca et al., Characterisation of NEXT-DEMO using xenon K α X-rays, 2014 JINST 9 P10007 [arXiv:1407.3966] [INSPIRE].
  11. [11]
    T.H. Cormen, C. Stein, R.L. Rivest and C.E. Leiserson, Introduction to algorithms, 2nd ed., McGraw-Hill Higher Education (2001).Google Scholar
  12. [12]
    GEANT4 collaboration, S. Agostinelli et al., GEANT4: A Simulation toolkit, Nucl. Instrum. Meth. A 506 (2003) 250 [INSPIRE].
  13. [13]
    J. Allison et al., Geant4 developments and applications, IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 (2006) 270 [INSPIRE].CrossRefADSGoogle Scholar
  14. [14]
    Particle Data Group collaboration, K.A. Olive et al., Review of Particle Physics, Chin. Phys. C 38 (2014) 090001 [INSPIRE].

Copyright information

© The Author(s) 2016

Authors and Affiliations

  • The NEXT collaboration
  • P. Ferrario
    • 1
  • A. Laing
    • 1
  • N. López-March
    • 1
  • J. J. Gómez-Cadenas
    • 1
  • V. Álvarez
    • 1
  • C. D. R. Azevedo
    • 7
  • F. I. G. Borges
    • 2
  • S. Cárcel
    • 1
  • S. Cebrián
    • 3
  • A. Cervera
    • 1
  • C. A. N. Conde
    • 2
  • T. Dafni
    • 3
  • J. Díaz
    • 1
  • M. Diesburg
    • 15
  • R. Esteve
    • 5
  • L. M. P. Fernandes
    • 2
  • A. L. Ferreira
    • 7
  • E. D. C. Freitas
    • 2
  • V. M. Gehman
    • 4
  • A. Goldschmidt
    • 4
  • D. González-Díaz
    • 16
  • R. M. Gutiérrez
    • 8
  • J. Hauptman
    • 9
  • C. A. O. Henriques
    • 2
  • J. A. Hernando Morata
    • 10
  • I. G. Irastorza
    • 3
  • L. Labarga
    • 11
  • P. Lebrun
    • 15
  • I. Liubarsky
    • 1
  • D. Lorca
    • 1
  • M. Losada
    • 8
  • G. Luzón
    • 3
  • A. Marí
    • 5
  • J. Martín-Albo
    • 1
  • G. Martínez-Lema
    • 10
  • A. Martínez
    • 1
  • T. Miller
    • 4
  • F. Monrabal
    • 1
  • M. Monserrate
    • 1
  • C. M. B. Monteiro
    • 2
  • F. J. Mora
    • 5
  • L. M. Moutinho
    • 7
  • J. Muñoz Vidal
    • 1
  • M. Nebot-Guinot
    • 1
  • P. Novella
    • 1
  • D. Nygren
    • 4
  • A. Para
    • 15
  • J. Pérez
    • 11
  • J. L. Pérez Aparicio
    • 12
  • M. Querol
    • 1
  • J. Renner
    • 1
  • L. Ripoll
    • 13
  • J. Rodríguez
    • 1
  • F. P. Santos
    • 2
  • J. M. F. dos Santos
    • 2
  • L. Serra
    • 1
  • D. Shuman
    • 4
  • A. Simón
    • 1
  • C. Sofka
    • 14
  • M. Sorel
    • 1
  • J. F. Toledo
    • 4
  • J. Torrent
    • 13
  • Z. Tsamalaidze
    • 6
  • J. F. C. A. Veloso
    • 7
  • J. A. Villar
    • 3
  • R. Webb
    • 14
  • J. T. White
    • 14
  • N. Yahlali
    • 1
  • H. Yepes-Ramírez
    • 8
  1. 1.Instituto de Física Corpuscular (IFIC)CSIC & Universitat de ValènciaPaternaSpain
  2. 2.Departamento de FisicaUniversidade de CoimbraRua LargaPortugal
  3. 3.Lab. de Física Nuclear y AstropartículasUniversidad de ZaragozaZaragozaSpain
  4. 4.Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL)BerkeleyU.S.A.
  5. 5.Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M)Universitat Politècnica de ValènciaValenciaSpain
  6. 6.Joint Institute for Nuclear Research (JINR)DubnaRussia
  7. 7.Institute of Nanostructures, Nanomodelling and Nanofabrication (i3N)Universidade de AveiroAveiroPortugal
  8. 8.Centro de InvestigacionesUniversidad Antonio NariñoBogotáColombia
  9. 9.Department of Physics and AstronomyIowa State UniversityAmesU.S.A.
  10. 10.Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE)Univ. de Santiago de CompostelaSantiago de CompostelaSpain
  11. 11.Departamento de Física TeóricaUniversidad Autónoma de MadridMadridSpain
  12. 12.Dpto. de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de EstructurasUniv. Politècnica de ValènciaValenciaSpain
  13. 13.Escola Politècnica SuperiorUniversitat de GironaGironaSpain
  14. 14.Department of Physics and AstronomyTexas A&M UniversityCollege StationU.S.A.
  15. 15.Fermi National Accelerator LaboratoryBataviaU.S.A.
  16. 16.CERN, European Organization for Nuclear ResearchGenevaSwitzerland

Personalised recommendations