Light yield of an undoped CsI crystal coupled directly to a photomultiplier tube at 77 Kelvin
在77开尔文温度下，将未掺杂的CsI晶体直接耦合到光电倍增管上，获得了20.4 $\pm$ 0.8光电子/keV的光产额。这是迄今为止世界上用CsI晶体实现的最大产量。使用这种技术可以实现比当前利用CsI（Tl）晶体的暗物质实验低几倍的能量阈值。与新的CsI晶体提纯方法一起，该技术可用于提高暗物质和相干弹性中微子-核散射实验的灵敏度。还测量了未掺杂的CsI晶体在室温和77开尔文下的闪烁光衰减常数。计算结果与文献结果一致。
2016-10-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The MiniCLEAN Dark Matter Experiment
MiniCLEAN暗物质实验将利用单相液氩探测器，配备浸没在冷冻剂中的光电倍增管，覆盖500公斤（150公斤）目标（基准）质量近4 π。闪烁时间剖面的高光产额和独特性质通过脉冲形状鉴别和事件位置重建提供了对放射性背景的有效防御。该探测器也被设计用于液体氖靶，其允许信号和背景的独立验证以及WIMP-核相互作用速率的预期依赖性的测试。
2011-10-05 hep-ex physics.ins-det
Helium Migration through Photomultiplier Tubes -- The Probable Cause of the DAMA Seasonal Variation Effect
将DAMA的季节变化模式解释为暗物质（DM）效应，是基于这样一个假设，即所有的可变背景源都已从测量中排除。我们已经确定了一个被忽视的背景，模仿DM签名-一个大的，明显存在的影响，与检测内的干扰。这一过程完全发生在单个光电倍增管（PMT）中，有两个熟悉的参与者（电子和氦原子），两个熟悉的过程（氦穿透玻璃和离子后脉冲），以及一个简单的故事情节：（a）在破坏DAMA探测器的绝缘后，来自可变局部环境的氦原子穿透PMT真空;（b）来自PMT光阴极的热离子电子轰击氦原子;（c）来自每个氦离子的次级电子撞击光阴极形成后脉冲，从而有效地增强和扩展波形。我们证明，这种膨胀的暗噪声波形的偶然巧合，源自任何一对光电倍增管，模仿闪烁事件的速率为$\approx$ 1 cpd/kg/keV，这是一致的DAMA结果。因此，所报告的$\sim$ 1%的季节变化暗示了当地环境中氦浓度的等效变化。我们预测，DAMA探测器与修改后的读出逻辑-盲目的DM闪烁事件\textendash将测量相同的，氦-驱动的季节性变化模式作为原来的探测器。
2019-01-14 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Towards the ultimate PMT waveform analysis for neutrino and dark matter experiments
光电倍增管（PMT）电压波形是许多中微子和暗物质实验的原始数据。波形分析是数据处理的基石。我们评估所有的波形分析算法的性能，我们知道，并找到快速随机匹配追求最好的准确性。显著的时间（高达2倍）和能量（高达1.07倍）分辨率的提升是可以实现的快速随机匹配追踪，接近理论极限。其他方法在时间分辨率上也优于传统的阈值交叉方法。
2022-07-01 hep-ex physics.ins-det
A Novel Low-Background Photomultiplier Tube Developed for Xenon Based Detectors
PandaX 与 Hamamatsu 合作研制 2 英寸低本底 R12699 PMT，显著降低放射性并保持低温高增益，适用于下一代液氙稀有事件探测。
2025-02-09 hep-ex physics.ins-det
Improved quality tests of R11410-21 photomultiplier tubes for the XENONnT experiment
光电倍增管（PMT）通常用于低本底粒子物理实验，它依赖于对单光子信号的良好响应和稳定的长期工作。特别是，Hamamatsu R11410型号是液体氙暗物质实验（包括XENONnT）的首选光传感器。相同的PMT模型也用于前代产品XENON1T，观察到影响其长期运行的问题。在这里，我们报告一个改进的PMT测试程序，以确保在XENONNT的最佳性能。使用新的和升级的设施，我们测试了368个新的光电倍增管在低温氙气环境。我们开发了新的测试，目标是通过小泄漏检测光发射和PMT真空退化，这可能导致称为后脉冲的虚假信号，这两种信号都在XENON1T中观察到。我们排除了26的368个测试PMT的使用，并根据其性能分类的其余部分。考虑到我们改进了测试过程，但我们拒绝了更少的PMT，我们预计XENONNT中的PMT性能会显著提高。
2021-04-30 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Study of light detection and sensitivity for a ton-scale liquid xenon dark matter detector
吨级液态氙探测器是近年来发展起来的一种新型探测器，用于探测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）暗物质的有利参数空间。为了实现更好的光收集效率，同时限制电子通道的数量相比，前一代的检测器，大尺寸的光电倍增管（PMT），如3英寸直径的R11410从Hamamatsu建议，以取代1平方英寸的R8520光电倍增管。在两相氙暗物质探测器中，通常使用上下两个PMT阵列。在这项研究中，我们比较了两种不同的吨级液体氙探测器配置的性能与相同数量的R11410（配置g.1）或R8520（配置g.2）的顶部PMT阵列，而都使用R11410 PMT的底部阵列。
2014-05-11 hep-ex physics.ins-det
Sub-GeV Dark Matter Direct Detection with Neutrino Observatories
提出利用中微子天文台探测亚GeV暗物质的新技术，通过暗物质-电子散射激发靶分子产生光信号，并利用年调制分离信号，以JUNO为例展示其灵敏度优势。
2025-10-17 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Position reconstruction using photon timing for the DEAP-3600 dark matter experiment
DEAP-3600是一种单相液氩暗物质探测器，在加拿大萨德伯里的SNOLAB地下2公里处运行。该探测器由3.3吨超纯液态氩组成，装在一个装有255个光电倍增管的球形丙烯酸低温恒温器中。丙烯酸容器或TPB波长移动器中的天然放射性污染物可发生α衰变。在检测器中发生的相互作用的位置的重建使用关于在每个PMT中检测到的光电子的数量以及它们何时被检测到的信息。在我们的切割套件中包含这些信息，使我们能够识别和删除几乎所有的表面背景事件。本文提出了一种强调光子定时的事件位置重建方法。
2020-04-05 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Performance of Photosensors in the PandaX-I Experiment
我们报告的长期性能的光传感器，143 1英寸R8520-406和37 3英寸R11410-MOD光电倍增管从滨松，在PandaX双相氙暗物质实验的第一阶段。这是第一次有相当数量的R11410光电倍增管在液体氙中长时间运行，为未来大型氙基暗物质实验提供了重要指导。
2016-01-29 hep-ex physics.ins-det
Prospect of undoped inorganic crystals at 77 Kelvin for low-mass dark matter search at Spallation Neutron Source
在这项工作中调查的灵敏度的原型探测器的低质量的暗物质粒子的检测在橡树岭国家实验室的Spiritus中子源在两年的数据采集。假定的原型由10公斤未掺杂的CsI或NaI闪烁晶体直接耦合SiPM阵列在77 K工作。与相干CsI（Na）探测器相比，原型的光产额要高得多。作为验证这一想法的第一步，在77 K左右，用1 kg未掺杂的CsI晶体直接耦合到两个光电倍增管上进行了实验。实现了每keV电子当量$26.0 \pm 0.4$光电子的光产额。这消除了早期研究中提出的大晶体中的自光吸收问题。
2020-05-17 hep-ex physics.ins-det
The Fast Stochastic Matching Pursuit for Neutrino and Dark Matter Experiments
针对PMT光子计数中的脉冲堆积问题，提出基于可逆跳跃马尔可夫链蒙特卡洛的FSMP算法，有效解析信号波形并提升能量与时间分辨率，在8英寸MCP-PMT实验中较传统方法提升达10%。
2025-09-11 hep-ex physics.data-an physics.ins-det
Search for dark matter with metastable mediators with the IceCube observatory
IceCube中微子观测站是安装在南极冰层中的3D光电探测器阵列。它由5，160个光电倍增管组成，分布在86个垂直的字符串中，使探测器的总体积超过1立方公里。它通过带电相对论粒子的切伦科夫光从中微子与探测器体积的相互作用中探测中微子。由于冰立方的大小和光电传感器的间距，它对高能中微子特别敏感。在这个分析中，我们寻找的暗物质湮灭成亚稳态介质，随后衰变成标准模型粒子。与没有介质的模型相比，这些模型产生了来自太阳内部暗物质湮灭的增强的高能中微子通量。直接在太阳内部产生的中微子信号由于与太阳等离子体的相互作用而在更高的能量下强烈衰减。在这里考虑的模型中，介质可以在产生任何中微子之前逃离太阳，从而避免衰减。冰立方是寻找这种增强的高能中微子信号的理想选择。我们提出了六年的IceCube数据分析的灵敏度寻找暗物质在太阳考虑介质的寿命在1毫秒至10秒和暗物质质量之间的200 GeV和10 TeV。我们表明，冰立方是敏感的自旋相关的横截面$3.45 \times 10^{-34}~\rm cm^2$的暗物质质量为1 TeV。
2019-08-20 astro-ph.HE hep-ex
Development of the Liquid Level Meters for the PandaX Dark Matter Detector
两相氙探测器是直接寻找暗物质的前沿。这种探测器以液体氙为敏感靶，工作在气/液两相模式，需要对液位进行亚毫米级的监测和控制。本文介绍了PandaX暗物质探测器两种物位计的详细设计和研究。长液位计用于监测整个液位，短液位计用于监测探测器的倾斜度。这些液位计是由两个同心金属管定制的圆柱形电容器。它们的电容值由通用传感器接口芯片读取，并由PandaX慢速控制系统记录。我们介绍了导致具有长期稳定性和亚毫米精度的液位计的发展。在几天的测试操作期间，短液位计的波动（标准偏差）小于0.02 mm，长液位计的波动小于0.2 mm。
2013-07-10 hep-ex physics.ins-det
The Cryogenic System for the Panda-X Dark Matter Search Experiment
Panda-X是一种用于暗物质搜索的液体氙双相探测器。第一个中等尺寸的模块将很快安装在中国四川省的中国锦屏深层地下实验室。中国低温系统设计用于处理更大的探测器，甚至是吨级的最终版本。特别注意的可靠性，服务性和适应性的要求，不断增长的实验。该系统由一台Iwatani PC 150脉冲管制冷机冷却。减去所有热损失后，剩余的冷却功率仍为82 W。填充速度为9 SLPM，但可以通过LN 2辅助冷却提高到40 SLPM。对于通过热吸气剂的连续再循环和净化，采用热交换器来降低所需的冷却功率。再循环速度被气泵限制在35 SLPM。在该速度下，再循环仅增加了18.5 W的系统热负荷，对应于95.2%的热交换器效率。
2012-07-21 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Cryogenic SiPMs for the Optical Readout of DarkSide-20k
本文介绍DarkSide-20k实验采用低温SiPM技术，开发大面积光子探测器单元（PDU），用于暗物质探测器的光学读出，已生产超600个PDU。
2025-02-13 hep-ex physics.ins-det
Dark Matter-Electron Scattering from Aromatic Organic Targets
亚GeV的暗物质与电子相互作用，在散射事件中激发占据分子轨道的电子。特别地，芳族化合物如苯或二甲苯具有几eV的电子激发能，使得它们对DM敏感，就像几MeV的光一样。这些化合物通常用作有机荧光剂中的溶剂，其中去激发过程导致光子传播，直到它被稀释的荧光剂吸收和重新发射。荧光光发射不被主体吸收，而是被光子检测器如光电倍增管检测。我们开发的芳香族有机分子中的DM-电子散射的形式主义，计算在对二甲苯中的预期速率，并将此计算应用于现有的测量的单光电子发射率在低背景EJ-301闪烁体细胞。尽管事实上，这种测量是在一个浅的地下实验室在最小的覆盖层，从这些数据中提取的DM-电子散射的限制已经接近领先的限制在3-100 MeV DM质量范围。我们讨论了这种直接检测技术的发展中可能的下一步，其中可扩展的有机发光器件用于固相或液晶相，并与半导体光电探测器结合，以提高灵敏度，通过定向信号信息和潜在的较低的暗率。
2019-12-05 hep-ex hep-ph
Supervised learning of photoelectron counting in scintillator-based dark matter experiments
许多基于闪烁体的探测器采用一组光电倍增管（PMT）来观察来自潜在信号和背景事件的闪烁光。重要的是能够计数在PMT中观察到的脉冲中的光电子（PE）的数量，因为事件的位置和能量重建与PMT中PE的空间分布以及它们的总数的测量程度直接相关。这个任务对于快速并行计算器来说是具有挑战性的，因为PE经常在时间上彼此重叠。通常使用标准贝叶斯统计方法，这是分析MiniCLEAN和DEAP等液氩实验数据的方法。在这项工作中，我们表明，对于MiniCLEAN检测器，可以使用多层感知器来学习PE的数量，仅使用原始脉冲特征，具有比现有方法更好的准确性和精度。这甚至可以帮助以更好的准确度和精度执行位置重建，至少在一些一般情况下。
2019-10-29 hep-ex physics.ins-det
Dark Matter Direct Detection with Quantum Dots
本文提出以可精确调控带隙的商用 PbS/PbSe 量子点为靶标，通过 PMT 探测暗物质相互作用产生的双光子符合信号，从而显著改进 sub-GeV 暗物质约束。
2022-08-10 astro-ph.CO cond-mat.mes-hall hep-ex
The XENON1T Dark Matter Search Experiment
液态氙时间投影室（LXeTPC）的显著进展和发展大大加速了世界范围内直接探测弱相互作用大质量粒子（WIMP）形式的暗物质的竞赛。由于具有现实的发现潜力，XENON 100已经达到了$7\times10^{-45}\,\n{cm}^2$的灵敏度，并继续在意大利国家科学院（LNGS）积累数据，以达到其在$σ_{\n{SI}}\sim 2\times10^{-45}\,\n{cm}^2$水平上对自旋无关的WIMP-核子截面的最终灵敏度。为了充分探索WIMP暗物质的有利参数空间，以寻找第一个可靠的和统计上重要的发现，或者确认来自\Xehund的信号的任何暗示，XENON计划的下一阶段将是吨级的探测器-XENON 1 T。本文介绍了LNGS水切伦科夫μ子探测器中的XENON 1 T探测器。该探测器采用低放射性光电倍增管探测2.2吨的μ子。XENON 1 T的实验目标是在2年的运行时间内探测$σ_{\n{SI}}\sim 2\times10^{-47}\,\n{cm}^2$级以上的WIMP相互作用截面，它将提供探测一个特别有利的电弱物理区域的灵敏度，该区域的时间尺度与补充的地面和卫星间接搜索以及LHC的加速器暗物质搜索兼容。事实上，对于$σ_{\n{SI}} \sim 10^{-45}\,\n{cm}^2$和$100 \,\n{GeV/c^2}$ WIMP质量，XENON 1 T可以在该暴露中…
2012-06-27 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
MiniCLEAN Dark Matter Experiment
MiniCLEAN暗物质实验将利用一个单相液氩探测器，配备92个光电倍增管，放置在冷冻剂温度下，4- $π$覆盖500公斤（150公斤）目标（基准）质量。探测器设计策略强调可扩展性，目标质量为10吨或更大。该探测器也被设计用于液体氖靶，其允许信号和背景的独立验证以及WIMP-核相互作用速率的预期依赖性的测试。对于MiniCLEAN，PMT稳定性和校准至关重要。\textit{In-situ}光学校准将能够监测PMT稳定性并保持校准。在MiniCLEAN中，我们使用基于发光二极管（LED）的光注入系统来提供用于校准的单光子，可以近实时地执行校准，在检测器的条件下提供连续的监控。本征$^{39}$ Ar β发射体提供了另一种校准检测器的方法，这要归功于良好定义的属性和均匀分布在检测器体积内。通过对实验$^{39}$ Ar数据的能谱拟合，可以确定能量标度。此外，来自冷气体运行的初步结果显示了对三重态寿命的最佳测量（$\sim$ 3.5 $μ$ s）。结果证实了MiniCLEAN的纯化系统可以获得高纯度的氩气。氩气体较长的三重态寿命可以为将来的暗物质探测器提供更好的脉冲形状鉴别（PSD）性能，同时氩气体较低的密度也降低了多次散射中子本底。另一方面，通过注入$^{39}$ Ar尖峰，可以利用$^{39}$ Ar β衰变引起的电子反冲事件来检验液氩中PSD的极限。研究结果对未来多吨级LAr探测…
2017-11-06 hep-ex physics.ins-det
Update on the MiniCLEAN Dark Matter Experiment
对暗物质的直接搜索正进入一个对假设的弱相互作用大质量粒子（WIMP）敏感度增加的时期。正在研究的一项此类技术是仅闪烁的惰性液体实验，MiniCLEAN。MiniCLEAN利用超过500公斤的液态冷冻剂探测来自WIMP暗物质的核反冲，并作为未来50至100吨级探测器的示范。液态制冷剂可在氩和氖之间互换，以研究电位信号的A $^{2}$依赖性并检查背景。MiniCLEAN采用独特的球形几何模块化设计，在单相检测器中使用冷光电倍增管来最大限度地提高光输出。脉冲形状鉴别技术用于从电子反冲背景中分离核反冲信号。MiniCLEAN将加入额外的$^{39}$ Ar，以证明脉冲形状辨别能力的有效范围。该实验的组装正在SNOLAB进行，并提供了该项目的最新情况。
2014-03-19 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
First Demonstration of a Scintillating Xenon Bubble Chamber for Detecting Dark Matter and Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering
2016年6月和11月在西北大学运行的30 g氙气泡室首次观察到过热液体中核反冲引起的同时气泡成核和闪烁。该室装有用于近红外气泡成像的CCD相机、用于检测175 nm氙闪烁光的日盲光电倍增管和用于检测来自生长气泡的超声发射的压电声换能器。从声学信号确定的成核时间用于将特定闪烁脉冲与气泡成核事件相关联。我们报告的数据从这个腔室的热力学“塞茨”阈值从4.2至15.0千电子伏。当暴露于$^{252}$ Cf中子源时，观察到的单个和多个气泡速率表明，对于8.3 keV的热力学阈值，使气泡成核所需的最小核反冲能量为$19\pm6$ keV（1 $σ$不确定度）。这与观察到的气泡成核事件的闪烁光谱一致。我们没有看到伽马射线在任何研究阈值下气泡成核的证据，设定了90%的C. L。在4.2 keV热力学阈值下，每个伽马相互作用的$6.3\times10^{-7}$气泡的上限。这表明比CF $_3$ I泡室中更强的伽马辨别力，支持闪烁产生抑制电子反冲的泡成核而核反冲照常成核泡的假设。这些测量建立了贵液泡室作为一个有前途的新技术，用于检测弱相互作用的大质量粒子暗物质和相干弹性中微子核散射。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
