듀얼페이즈 TPC의 단일·다중 이벤트 구분 능력 예측과 최적화

초록

본 논문은 이상적인 신호 읽기 방식을 갖는 듀얼페이즈 액체크세논 TPC 모델을 구축하고, 피셔 정보(FI)를 이용해 전자기 발광(S2) 신호만으로 단일 사이트(SS)와 다중 사이트(MS) 이벤트를 구분할 수 있는 이론적 한계를 계산한다. 시뮬레이션에서는 순수 포톤 통계만을 고려한 상황에서 최대우도 추정(ML)과 컨볼루션 신경망(CNN) 분류기가 CRLB에 근접함을 보이며, 센서 크기·감지 광자 수에 따른 위치 해상도와 배경 억제 효율을 정량화한다. 결과는 0νββ 탐색 및 다크매터 실험에서 SS/MS 구분을 통한 배경 감소 전략에 직접적인 설계 지침을 제공한다.

상세 분석

이 연구는 듀얼페이즈 LXe TPC의 전형적인 구조를 단순화하여, 전자들이 가스층에서 발생시키는 전자기 발광광자를 직접 포톤 센서(PMT·SiPM)에서 검출한다는 가정 하에 모델을 만든다. 센서 배열은 6 mm부터 3 inch까지 다양한 직경을 16 mm 간격의 육각형 밀집 형태로 배치하고, 광자 검출 확률을 반경 r에 대한 Light Response Function(LRF) η(r)=A·exp