A Dual-phase Xenon TPC for Scintillation and Ionisation Yield Measurements in Liquid Xenon
一个小规模的两相（液体/气体）氙时间投影室（Xurich II）已在苏黎世大学设计、建造并投入运行。其主要目的是研究能量低于50 keV的液态氙中粒子相互作用的微观物理，这与使用氙作为靶材料的稀有事件搜索有关。在这里，我们详细描述了检测器，其相关的基础设施，以及为处理和分析数据而开发的信号识别算法。我们提出了新仪器的第一个特征与校准数据从内部83 m-Kr源。零场光产额分别为15.0和14.0光电子/keV，在9.4 keV和32.1 keV，在1 kV/cm的电子漂移场的相应值分别为10.8和7.9光电子/keV。在这些能量下的电荷产率为28和31电子/keV，其中每一个电子提取到气相中的比例闪烁产率为24个光电子，电子寿命为200 $μ$ s。相对能量分辨率，$σ/E$，分别为11.9%和5.8%，在9.4 keV和32.1 keV，使用闪烁和电离信号的线性组合。我们得出结论，在各种电场的电子漂移速度的测量，并比较这些文献值。
2017-12-22 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
First time-resolved measurement of infrared scintillation light in gaseous xenon
本研究首次实现气态氙红外闪烁光的时间分辨测量，搭建纳秒分辨率的红外-紫外同步测量装置，测得红外光产额与紫外相当，明确脉冲的快慢成分及杂质、压强的影响，为氙基探测器研发提供支撑。
2023-06-09 hep-ex physics.ins-det
Scintillation and Ionization Responses of Liquid Xenon to Low Energy Electronic and Nuclear Recoils at Drift Fields from 236 V/cm to 3.93 kV/cm
本文报道了在236 V/cm ~ 3.93 kV/cm的不同漂移场下，利用具有高能量和位置分辨率的三维灵敏液氙时间投影室，对低能电子（约3--7 keV $_{ee}$）和核反冲（约8--20 keV $_{nr}$）在液氙中的闪烁和电离产额的新测量结果。我们测量的信号响应核反冲同意从NEST模型的预测。然而，我们测量的电子反冲电离（闪烁）产额始终高于（低于）从NEST模型约5 e $^-$ /keV $_{ee}$（ph/keV $_{ee}$）在所有扫描的漂移场。新的复合参数的基础上的Mesquas-Imel盒模型来自我们的数据。由于以前缺乏对液态氙中低能电子反冲的闪烁和电离产额的精确测量，我们的新测量提供了迄今为止最好的可用数据，覆盖了与暗物质搜索相关的液态氙探测器在不同漂移场的低能区。
2015-07-14 hep-ex physics.ins-det
Transmission of xenon scintillation light through PTFE
聚四氟乙烯（PTFE），也称为特氟龙，是一种常见的材料，用于建设液体氙探测器，由于其高反射率的真空紫外闪烁光的氙。我们目前的传输测量PTFE的氙闪烁光的峰值发射波长为175 nm。不同厚度的PTFE盘以两种设置安装在光电传感器的前面。一个充满气态氙，另一个充满液态氙。在室温下用气态氙装置进行的测量产生$λ= \bigl(350{{}^{+60}_{~-0}}{}\,{\mathrm{(sys)}}\,\pm\, 50\,{\mathrm{(stat)}}\bigr)\,\mathrm{μm}$的透射系数。这被认为是在协议中使用液体氙装置所作的观察。
2020-07-21 physics.ins-det
Detection of Scintillation Light of Liquid Xenon with a LAAPD
本文报道了用大面积雪崩光电二极管在液体中首次观测到α粒子和γ射线引起的液体氙闪烁现象。用5.5 MeV α粒子和511 keV γ射线分别测量了10%的能量分辨率（FWHM）和小于1 ns的符合时间分辨率（FWHM）。氙闪烁光（波长178 nm）的光电二极管的量子效率估计为~ 100%。
2002-03-05 physics.ins-det
Calibrating the scintillation and ionization responses of xenon recoils for high-energy dark matter searches
基于液体氙的直接探测暗物质实验最近扩大了他们的搜索范围，包括高能量的核反冲事件的有效场论暗物质和非弹性暗物质相互作用模型的动机，但很少有氙反冲校准100千电子伏以上。在这项工作中，我们测量的闪烁和电离产额氙反冲高达426千电子伏。该实验使用14.1 MeV中子在紧凑的液体氙时间投影室中散射氙，并产生39 keV和426 keV之间的准单能氙反冲。我们报告的氙反冲响应和它们的电场依赖性反冲能量高达306 keV，由于低事件统计和相对温和的场依赖性，在较高的能量下的产额值被报告为平均值的氙响应电场之间的0.2-2.0 kV/cm。这一结果将使基于氙的暗物质实验，以显着增加其高能量暗物质的灵敏度，包括能源领域，以前无法访问，由于缺乏校准。
2022-10-28 hep-ex physics.ins-det
Absorption of Scintillation Light in a 100 $\ell$ Liquid Xenon$γ$ Ray Detector and Expected Detector Performance
正在为保罗·谢勒研究所的MEG实验研制一个800升液体氙闪烁$γ$射线探测器，该实验将寻找$μ^+\to\mathrm{e}^+γ$衰变。氙的闪烁光被杂质吸收可能会限制这种探测器的性能。我们使用有效体积为372 × 372 × 496 mm $^3$的100 L原型来研究闪烁光吸收。我们已经开发了一种方法来评估光的吸收，从光的弹性散射，通过测量宇宙射线和$α$源。通过使用合适的纯化技术，已经实现了长于100 cm的吸收长度。利用蒙特卡罗模拟估计了光吸收对能量分辨率的影响。
2004-07-07 hep-ex physics.ins-det
Measurements of proportional scintillation and electron multiplication in liquid xenon using thin wires
液体氙中的比例闪烁在直接暗物质探测领域具有很好的应用前景，可能允许更简单、更灵敏的探测器。然而，目前对这一现象的基本特性及其实际使用准则的了解有限。我们在这里报告测量的比例闪烁光发射的液体氙周围细导线。使用直径为10 $μ$ m的镀金钨丝获得了每个漂移电子的$287^{+97}_{-75}$光子的最大比例闪烁增益。电子倍增和比例闪烁的阈值分别测量为$725^{+48}_{-139}$和$412^{+10}_{-133}$ kV/cm。比例闪烁的阈值与之前发表的结果非常一致，而电子倍增阈值则代表了一种新颖的测量方法。首次获得了一套完整的参数，为实际应用的电子倍增和比例闪烁过程中的液体氙。
2014-11-10 physics.ins-det
Scalability, scintillation readout and charge drift in a kilogram scale solid xenon particle detector
我们报告了一个示范的可扩展性的光学透明的氙在固相用作粒子探测器以上的公斤级。我们采用液氮冷却的低温恒温器结合氙净化和冷却系统来测量闪烁光输出和电子漂移速度从固相和液相的氙。利用一套适用于低温应用的高量子效率光电倍增管测量密封放射源的闪烁光输出。我们观察到，在固相中的光子量减少相比，在液相中。我们使用传统的时间投影室系统来测量电子漂移时间在一公斤的固体氙和观察到更快的电子漂移速度在固相氙相比，在液相中。
2014-10-23 physics.ins-det
Feasibility of Liquid-phase Xenon Proportional Scintillation for Low-energy Physics
针对双相氙TPC气隙技术挑战及单电子本底问题，研究验证纯单相液氙TPC的比例闪烁能力，证实其仍可区分电子与核反冲，且S2后单电子本底大概率与液-气界面无关。
2024-08-03 hep-ex physics.ins-det
Ionization and scintillation response of high-pressure xenon gas to alpha particles
高压氙气在基础物理学和应用物理的各种应用中是一种有吸引力的检测介质。本文研究了10巴气压下氙气的电离和闪烁探测特性。为此，我们使用的α粒子源的NEXT-DEMO时间投影室，大规模的原型的NEXT-100无中微子双β衰变实验，在三个不同的漂移电场配置。我们测量电离电子的漂移速度和纵向扩散，并将我们的结果与基于纯氙上的电子散射截面的预期进行比较。此外，两种类型的测量解决电离和闪烁产率之间的连接进行。一方面，我们观察到，第一次在氙气中，大事件的电离和闪烁信号之间的相关波动，类似于已经观察到的液体氙。另一方面，我们研究了平均闪烁和电离产额的场依赖性。这两种类型的测量可能揭示的机制，电子-离子复合在氙气的高度电离粒子。最后，通过比较NEXT-DEMO中α粒子和电子的响应，我们没有发现α粒子在氙气中产生的初级闪烁光猝灭的证据。
2013-05-21 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Understanding the Enhancement of Scintillation Light in Xenon-Doped Liquid Argon
测量惰性气体中的闪烁光是粒子物理中的一项重要探测技术。许多稀有事件的搜寻，如中微子束实验、无中微子双β衰变和暗物质搜寻，都使用氩基探测器。在液态氩中，加入少量氙可提高光产额，氙的加入量为$\sim 10 - 1000$ ppm。一般的增强机制和其途径，通过之间的能量转移氩和氙准分子是众所周知的，然而，吸收的重要性，氩准分子发射的原子氙还没有得到充分的认识。这种吸收显著降低了市售氩气中的光产率，氩气中含有痕量（$\rm \sim 0.1$ ppm）氙。添加$\sim 10$ ppm的少量氙掺杂剂恢复了这种损失的光，导致光产率比未掺杂的氩增加约两倍。在本文中，我们介绍了一个模型的光产生的氙掺杂氩，包括吸收和再发射，并比较它的光发射的时间依赖性在氙掺杂氩的测量。
2022-07-18 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Impact of extreme ultraviolet radiation on the scintillation of pure and xenon-doped liquid argon
X-ArT合作组利用硅光电倍增管发现氩原子态发射的长寿命极紫外谱线可增强纯及氙掺杂液氩闪烁光产额，建立综合模型并探讨其与杂散电子关联，为优化惰性液体探测器性能奠定基础。
2025-04-25 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the scintillation resolution in liquid xenon and its impact for future segmented calorimeters
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC & Universitat de València（粒子物理研究所（IFIC），西班牙科学委员会与瓦伦西亚大学）；Donostia International Physics Center, BERC Basque Excellence Research Centre（多诺西亚国际物理中心，巴斯克卓越研究中心）；Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M), Centro Mixto CSIC - Universitat Politècnica de València（分子成像仪器研究所（I3M），西班牙科学委员会-巴伦西亚理工大学混合中心）；Instituto Universitario de Matemática Pura y Aplicada (IUMPA), Universitat Politècnica de València（纯数学与应用数学大学研究所（IUMPA），巴伦西亚理工大学）
本文测量了液氙中仅记录闪烁光时的能量分辨率，发现其接近理论预期值，表明液氙闪烁探测器在分段 calorimeters 中具有竞争力。
2026-04-16 hep-ex physics.ins-det
Scintillation efficiency of liquid xenon for nuclear recoils with the energy down to 5 keV
在反冲能量从140 keV到5 keV的范围内，测量到液体氙对核反冲的闪烁效率几乎是恒定的。反冲效率与γ射线效率的平均比值为0.19 ± 0.02。
2005-12-15 physics.ins-det physics.space-ph
Prospects of charge signal analyses in liquid xenon TPCs with proportional scintillation in the liquid phase
随着液态氙TPC在追求直接探测WIMP暗物质的同时目标质量的增加，由于其尺寸而产生的技术挑战需要新的解决方案，并开启了关于替代探测器概念的讨论。液体氙中的比例闪烁允许单相设计，从而避免了与双相TPC中所需的液-气界面和精确气隙相关的所有问题。除了不同的闪烁机制，成功的检测和分析方案的国家的最先进的实验是保持在这种方法。我们研究的影响，在一个单相检测器的DARWIN尺寸，其中的比例闪烁信号的快速定时允许的电离信号中的单个电子的精确识别的电荷信号分析。这样的离散电子计数方法导致一个更好的信号分辨率为低能量相比，经典的双相连续的方法。不存在液-气界面进一步显著地有益于仅S2的能量分辨率。这将闪烁和信号检测过程的不确定性降低到显著低于初级电离中不可减少的波动的水平。利用精确的电子时间信息进一步允许强大的单个与~多位点相互作用识别，93%的拒绝效率和98%的信号接受。这超过了达尔文天文台的设计目标，在非拒绝多站点中子事件的减少因子为4.2。
2022-04-13 astro-ph.IM physics.ins-det
Response of liquid xenon to Compton electrons down to 1.5 keV
液态氙对低能电子反冲的响应与寻找暗物质候选者有关，暗物质候选者主要与介质中的原子电子相互作用，如轴子或轴子状粒子，而不是预测与原子核散射的弱相互作用大质量粒子。最近，液体氙闪烁光已被观察到电子反冲下降到2.1千电子伏，但没有施加电场，用于大多数氙暗物质的搜索。施加的电场可以通过阻碍产生大部分闪烁光子的电子-离子复合过程来降低闪烁产率。我们提出了新的结果，液体氙的闪烁发射响应电子反冲低至1.5千电子伏，有和没有施加电场。在零场时，观察到低于10 keV的每单位沉积能量的闪烁输出减少，在较高能量下下降到其值的近40%。当外加电场为450 V/cm时，我们观察到闪烁输出相对于零场时的值减少到约75%。我们看到在1.5 keV和7.8 keV之间该值没有显著的能量依赖性。根据这些结果，我们估计ZEPLIN-III，XENON 10，XENON 100和XMASS的电子反冲能量阈值分别为2.8 keV，2.5 keV，2.3 keV和1.1 keV，验证了它们对低能电子反冲的出色灵敏度。
2013-06-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurement of scintillation from proportional electron multiplication in liquid xenon using a needle
本研究提出在液氙中使用针状高压电极替代细线，成功演示了正比电荷倍增与次级闪烁产生，为开发大型单相双读出时间投影室电极结构奠定重要里程碑。
2024-01-04 physics.ins-det
Reflectance of Polytetrafluoroethylene (PTFE) for Xenon Scintillation Light
气态和液态氙粒子探测器正被用于许多应用，包括暗物质搜索和无中微子双β衰变实验。聚四氟乙烯（PTFE）通常用于这些探测器中，既作为电绝缘体又作为光反射体，以提高闪烁光子的探测效率。然而，氙在真空紫外波长区域（175 nm）中发射，其中PTFE的反射特性不充分已知。在这项工作中，我们报告测量PTFE的反射率，包括其角分布，氙闪烁光。研究了由不同工艺（挤出、膨胀、刮削和压制）制造的PTFE的各种样品。用包括镜面反射和漫反射的物理模型解释数据。对于VUV光，这些样品获得的反射率范围为约47%至66%。还测量了含氟聚合物，即ETFE、FEP和PFA。
2009-10-06 physics.ins-det
Scintillation decay-time constants for alpha particles and electrons in liquid xenon
了解液体氙闪烁和电离过程是非常感兴趣的，以改善当前和未来的探测器的分析方法。在本文中，我们调查的闪烁过程的动力学激发$\mathcal{O}$（10 keV）电子从$^{83m}$氪源和$\mathcal{O}$（6 MeV）$α$ -粒子从$^{222}$ Rn源，两者混合的氙靶。单光子采样方法用于记录光子到达时间，以获得对于约0.8 V/cm至1.2 kV/cm之间的不同施加电场的对应时间分布。能量和场的依赖性的信号中观察到的结果进行了讨论。
2022-11-04 physics.ins-det
Measurement of the refractive index and attenuation length of liquid xenon for its scintillation light
在一次实验中测量了液体氙对本征闪烁光（178nm）的衰减长度和折射率。得到的衰减长度值为364 ± 18 mm，折射率为1.69 ± 0.02。这两个值都是在170 ± 1 K的温度下测量的。
2003-07-08 physics.ins-det physics.optics
Gamma Ray Spectroscopy with Scintillation Light in Liquid Xenon
由γ射线照射液体氙产生的闪烁光由两个浸没在液体中的Hamamatsu R9288光电倍增管（PMT）检测。UV光反射器材料PTFE用于优化光收集效率。该探测器具有6个光电子/keV（pe/keV）的高光产额，可有效探测Co-57的122 keV γ射线谱线，能量分辨率为（8.8+/-0.6）%（sigma）。对于能量在662 keV和122 keV之间的伽马射线，通过去除仪器波动，从液体氙闪烁光中估计可实现的最佳能量分辨率约为6-8%（sigma）。
2006-08-04 astro-ph nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the Scintillation Yield of Low-Energy Electrons in Liquid Xenon
我们用康普顿符合技术测量了能量在2.1 - 120.2keV之间的电子的液氙闪烁产额与能量的关系。用137Cs γ射线辐照具有很高光探测效率的LIGO闪烁探测器，用高纯锗（HPGe）探测器在不同散射角下测量康普顿散射γ射线的能量。HPGe探测器出色的能量分辨率允许选择具有已知能量的康普顿电子的事件。我们发现，闪烁产额最初增加的电子能量从120 keV降低到约60 keV，但随后下降了约30%，从60 keV到2 keV。测量的闪烁产额也测量与转换电子从32.1 keV和9.4 keV跃迁的83 mKr异构体，用作内部校准源。我们发现32.1 keV跃迁的闪烁产额与康普顿符合测量结果是一致的。另一方面，9.4keV跃迁的产额远高于相同能量的康普顿电子的产额。我们将闪烁产额的增强解释为由于32.1 keV跃迁留下的Xe离子存在时复合率增强，该跃迁平均比9.4 keV跃迁提前220 ns。
2012-09-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Secondary Scintillation Yield in Pure Xenon
在室温下工作的气体正比闪烁计数器中，研究了氙的二次闪烁产额与闪烁区电场的关系。一个大面积的雪崩光电二极管用于读出的VUV二次闪烁产生的气体，连同5.9 keV的X射线直接吸收在光电二极管。后者被用作参考，用于确定由闪烁脉冲产生的载流子的数量，从而确定撞击光电二极管的VUV光子的数量。闪烁放大参数的值为140光子/kV。所得结果与室温下用蒙特卡罗模拟和玻尔兹曼计算所预测的结果以及低温下饱和氙蒸气的结果一致，比以前在室温下测得的结果高出一倍左右。
2007-02-16 physics.atom-ph physics.ins-det
Operation of a dual-phase xenon detector with wavelength sensitivity from ultraviolet to infrared
本研究运行一台170–1700 nm灵敏的双相氙时间投影室，观测并分析液体闪烁和气体电致发光相关的红外信号，表明其可提升信号识别与本底排除。
2025-07-25 hep-ex physics.ins-det
Investigating the slow component of the infrared scintillation time response in gaseous xenon
本文通过延长测量时间窗口至约3 μs，研究了常压室温气态氙中α粒子红外闪烁的慢成分，确定其衰减时间约850 ns，并测得光产额(6347 ± 22 (stat) ± 400 (syst)) ph/MeV，同时排除电子漂移或复合发光的贡献。
2024-01-17 hep-ex physics.ins-det
Calibration of a Liquid Xenon Detector with Kr-83m
本文报道了Kr-83 m源的制备及其在标定液体氙探测器中的应用。Kr-83 m原子是由沸石分子筛中捕获的Rb-83原子衰变产生的，然后引入到液体氙中。衰变的Kr-83 m核通过液体氙闪烁被探测到。在Kr-83 m的衰变过程中，分别观测到能量为9.4keV和32.1keV的转换电子。该校准源将允许在低能量下表征稀有液体探测器的闪烁和电离响应，对于寻找WIMP暗物质非常有价值。Kr-83 m也可以用于测量流体动力学，既可以理解基于惰性液体的粒子探测器中的净化，也可以用于超流氦中经典和量子湍流的研究。
2009-12-11 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Simultaneous reconstruction of scintillation light and ionization charge produced by 511 keV photons in liquid xenon : potential application to PET
为了评估用于正电子发射断层成像的液体氙探测器的性能，我们研究了由511 keV光子在小型原型探测器中产生的闪烁光和电离电荷。用大面积雪崩光电二极管检测闪烁光，而电离电子在漂移高达3 cm后收集在装有低噪声电子器件的阳极上。研究了操作条件作为电场的函数。通过结合闪烁光和电离电荷信号实现了<10%（FWHM）的能量分辨率。研究了闪烁光与电离信号之间的关系。为了优化未来的探测器设计，对波动的来源进行了分析。
2009-06-22 physics.ins-det physics.med-ph
The DireXeno Experiment -- Measuring Correlated Scintillation Signatures in Liquid Xenon
我们提出了一种探测器装置，DireXeno（DIFFERENAL氙），旨在测量液体氙闪烁的空间和时间特性，以非常高的精度。闪烁的性质对于暗物质和无中微子双β衰变实验是至关重要的，然而涉及的复杂微观物理限制了理论预测。我们将探讨闪烁发射在光发射中表现出相关性的可能性，如超辐射，这取决于相互作用的类型。闪烁光的这种性质可以为背景抑制以及方向性测量打开新的窗口。我们提出的技术设计和概念驱动它，并证明统计处理将使检测各向异性的光子少至10%。我们展示了调试运行的结果，其中探测器在稳定的条件下运行了44天以上。不同PMT中单个光子的时间分辨率被测量为$\lesssim1.3$ ns FWHM，对应于$\lesssim0.55$ ns（1 $σ$）。
2020-06-01 nucl-ex physics.ins-det
A Study of the Scintillation Induced by Alpha Particles and Gamma Rays in Liquid Xenon in an Electric Field
本文研究了α粒子和γ射线在液态氙中产生的闪烁与外加电场的关系。对于能量约为200 keV的后向散射伽马射线，发现闪烁光子的数量随着场强的增加而减少64+/-2%。因此，发现α粒子和γ射线之间的脉冲形状辨别能力随着场的增加而减小，但在较高场下保持非零。
2005-02-07 physics.ins-det
The Electric Field Dependence of Single Electron Emission in the PIXeY Two-Phase Xenon Detector
双相氙探测器被广泛应用于银河系暗物质粒子的实验研究中。在这些探测器中，单电子背景在瞬时闪烁和成比例闪烁信号之后的起源还没有完全理解，尽管近年来已经取得了进展。本文描述了在Yale双相氙时间投影室中，${}^{83m}Kr$校准事件中的单电子本底及其与漂移场和提取场的相关性。测量了由Fowler-Nordheim（FN）效应引起的单电子本底，并对其电场依赖性进行了量化。由瞬时闪烁和比例闪烁引起的栅极和杂质的光电离也对单电子背景有贡献。
2021-12-17 hep-ex physics.app-ph physics.ins-det
Nuclear recoil scintillation and ionisation yields in liquid xenon from ZEPLIN-III data
闪烁和电离产率的核反冲在液体氙以上10千电子伏特（核反冲能量）推导出使用宽带Am-Be中子源获得的数据。从两个来源的几次曝光的核反冲数据进行了比较，详细的模拟。能量依赖的闪烁和电离产量得到可接受的适合的数据。效率和分辨率的影响，使用光收集蒙特卡罗，测量光电倍增管的响应曲线和硬件触发器的研究。发现闪烁产率逐渐下降低于~40 keVnr，电离产率上升，两者都与最新的独立测量结果吻合良好。该分析方法适用于最新的ZEPLIN-III数据，获得了显着升级的探测器和精确校准的Am-Be源，以及从2008年首次运行的早期数据。还提出了一种新的方法来推导反冲闪烁产额，其中包括亚阈值S1事件，这证实了主要的分析。
2011-10-17 hep-ex physics.ins-det
Scintillation yield of liquid xenon at room temperature
测量了室温下液体氙的闪烁发光强度。在1 ℃下的闪烁光产额。测量为0.64 +/- 0.02（统计）+/- 0.06（系统）在-100 ℃时，使用所报道的在-100 ℃下的光产率。(46光子/keV），在1度下测量的光输出。相当于29个光子/千电子伏。该结果表明，即使在室温下，液体氙闪烁体也给出高的光产额。
2008-03-19 physics.ins-det
New Measurement of the Relative Scintillation Efficiency of Xenon Nuclear Recoils Below 10 keV
液态氙是直接暗物质实验中的一种重要探测介质，用于寻找由夸克与弱相互作用粒子弹性散射产生的低能核反冲。现有的两个测量的相对闪烁效率低于20千电子伏的核反冲导致不一致的外推在较低的能量。这导致了不同的能量尺度，从而导致了液体氙暗物质探测器的灵敏度范围。我们报告了一个新的测量的相对闪烁效率低于10千电子伏的液体氙闪烁探测器，优化最大的光收集。该探测器的内表面的95%以上装有光电倍增管，对于122 keV伽马射线，闪烁产率为19.6光电子/keV电子当量。我们发现，5千电子伏的核反冲的相对闪烁效率为0.14，保持恒定的这个值高达10千电子伏。对于更高的能量反冲，我们测量到的值约为20%，与以前报道的数据一致。根据这一新的测量结果，XENON 10实验的自旋无关的WIMP-核子截面的结果（假设相对闪烁效率为0.19），对于质量为100 GeV/c $^2$的WIMP，从$8.8\times10^{-44}$ cm $^2$变为$9.9\times10^{-44}$ cm $^2$，对于质量为30 GeV/c $^2$的WIMP，从$4.4\times10^{-44}$ cm $^2$变为$5.6\times10^{-44}$ cm $^2$。
2010-05-16 astro-ph physics.ins-det
Time and band-resolved scintillation in time projection chambers based on gaseous xenon
我们提出了一个系统的研究时间和波段分辨闪烁氙基时间投影室（TPC），同时进行初级（S1）和次级（S2）组件在一个小的，纯度控制，设置。我们探讨了一系列普遍的学术兴趣的条件，重点是那些与当代TPC相关的条件：压力范围（[1- 10] bar），减压电场（漂移区（S1）中为[0-100] V/cm/bar，倍增区（S2）中为比例闪烁区），波长带（[145-250]，[250-400]，[400-600] nm）和初级激发（$α$，$β$ -颗粒）。注意的可能性，非传统的闪烁机制，如第三连续发射，复合光从$β$ -电子在高压下（S1），发射从高躺激发态和中性韧致辐射（S2）。时间常数，特别是，闪烁产额已获得作为电场和压力的函数，后者由Geant 4模拟辅助。
2022-01-26 physics.ins-det
A coherent understanding of low-energy nuclear recoils in liquid xenon
液体氙探测器，如XENON10和XENON100，通过寻找仅几keV的核反冲（略高于探测器阈值），获得了对光（<10 GeV）粒子暗物质的灵敏度的很大一部分。然而，在这种能量状态下，探测器阈值和分辨率的正确处理仍然不清楚。液体氙的闪烁产额对核反冲的能量依赖性也严重影响探测器的灵敏度，但许多测量都没有成功地获得一致的结果。在本文中，我们表明可以利用检测到的电离与闪烁的比率来限制闪烁产率。我们还提出了一个严格的处理液体氙探测器的阈值和能量分辨率。值得注意的是，有效能量分辨率与简单的泊松分布显著不同。我们的结论与计算的暗物质排除限制，并表明，现有的数据从液体氙探测器强烈约束最近的解释轻暗物质。
2010-09-07 astro-ph.IM hep-ph physics.ins-det
Liquid xenon in nuclear medicine: state-of-the-art and the PETALO approach
液体氙具有几个有吸引力的特性，这使得它适合于应用于核医学，例如高闪烁产额和快闪烁衰减时间，优于目前使用的晶体。自90年代以来，已经进行了几次尝试来构建基于液体氙的正电子发射断层成像扫描仪，其可以分为两种不同的方法：一方面，检测TPC中的电离电荷，另一方面，用光电倍增管检测闪烁光。PETALO（Positron Emission Tof Apparatus with Liquid XenOn）是一种将液体氙光电池和硅光电倍增器结合起来的新型读出装置。第一次蒙特卡洛调查指出，这项技术将提供一个很好的固有的时间分辨率，这使得有可能测量飞行时间与高效率。此外，液体氙对UV和蓝色波长的透明性打开了利用闪烁和切伦科夫光用于高灵敏度TOF-PET的可能性。
2017-12-15 physics.ins-det
Feasibility Study to use Neutron Capture for an Ultra-low Energy Nuclear-recoil Calibration in Liquid Xenon
超低能量的核反冲测量在液体氙使用中子捕获的可行性进行了研究，为一个小的（亚千克）液体氙探测器，优化了高闪烁增益，和脉冲中子源。测量使用在中子俘获之后的去激发过程期间赋予氙核的反冲能量，其中迅速发射的$γ$级联可以由于动量守恒而为核提供高达$0.3$ keV $_\text{nr}$的反冲能量。一个成功的校准闪烁光子和电离电子产额低于这个能量将有助于更高的灵敏度液体氙实验中寻找轻WIMP。
2022-10-18 hep-ex physics.ins-det
Precision measurements of the scintillation pulse shape for low-energy recoils in liquid xenon
我们目前的测量闪烁脉冲形状的液体氙核反冲（NR）和电子反冲（ER）在0至0.5 kV/cm的电场能量$<$ 15 keV和$<$ 70 keV电子当量，分别。平均脉冲形状由具有两个指数衰减分量的有效模型很好地描述，其中两个衰减时间是拟合参数。我们发现，由于延迟发光的复合过程中的ER的脉冲显着增宽。除了有效模型外，我们还拟合了一个描述零场下ER复合发光的模型，并得到了很好的一致性。我们估计的最佳性能相结合的S2/S1和脉冲形状ER/NR歧视，并表明，即使与2纳秒的时间分辨率，改善S2/S1歧视是边际，使脉冲形状歧视将可能不会是有用的，为未来的双相液体氙实验寻找弹性暗物质反冲相互作用。
2018-05-23 physics.ins-det
Detection of liquid xenon scintillation light with a Silicon Photomultiplier
研究了用硅光电倍增器探测液体氙闪烁光的可行性。SiPM在小体积的纯锂中操作，在-95摄氏度下，用内部Am-241 α源照射。在此温度下，SiPM的增益估计为1.8 × 10^6，偏置电压为52 V。基于设置的几何形状，SiPM的量子效率估计为22%，波长为178 nm。SiPM的低过量噪声因子、高单光电子探测效率和低偏置电压使它们成为液体氙探测器的光电倍增管（PMT）的有吸引力的替代UV光子探测设备，特别是对于需要非常低的能量探测阈值的实验，例如中性伴子暗物质搜索。
2005-01-26 astro-ph nucl-ex physics.ins-det
Liquid Xenon Detectors for Particle Physics and Astrophysics
本文综述了近20年来液体氙探测器的发展及其在粒子物理、天体物理和医学成像实验中的应用。我们首先总结了液体氙作为辐射探测介质的基本性质，根据最新的理论和实验信息。在简要介绍了不同类型的液体氙探测器后，我们继续回顾了过去，现在和未来的实验，使用液体氙寻找罕见的过程和图像辐射在空间和医学。我们将介绍每个应用程序的基本科学动机和实验要求的简要调查，然后审查每个实验的基本特征和预期性能。在这十年内，以不同模式运行的大容量液体氙探测器似乎将有助于回答粒子物理学，天体物理学和宇宙学中一些最基本的问题，满足最苛刻的探测挑战。从MEG这样的实验，目前运行中最大的液体氙闪烁探测器，致力于罕见的mu -> e +伽马衰变，到未来的XMASS，它也只利用液体氙闪烁来解决罕见事件搜索的雄心勃勃的计划，到时间投影室的类别，如XENON和EXO，它们利用液体氙的闪烁和电离来获得暗物质和无中微子双β衰变，分别，我们预计在未来几年无可匹敌的性能和重要贡献的物理学。
2009-10-26 hep-ex physics.ins-det
Large-Area MPPC with Enhanced VUV Sensitivity for Liquid Xenon Scintillation Detector
为MEG II实验的液氙闪烁探测器研制了一种对真空紫外光敏感的大面积多像素光子计数器。该探测器设计用于探测来自轻子味违反衰变$μ^+ \to \mathrm{e}^+ γ$的52.8MeV光子，并基于具有高颗粒闪烁读出的$900\,\ell$探测器，由4092个VUV-MPPC组成，每个VUV-MPPC的有效面积为$139\,\mathrm{mm}^2$，总共为$0.57\,\mathrm{m}^2$。VUV-MPPC在真空紫外波段对闪烁光的探测效率高达21%，具有较高的增益，较低的光串扰和后脉冲，较低的暗计数率和较好的单光电子分辨率。VUV-MPPC的大有源区是通过串联四个独立的小VUV-MPPC芯片形成的，以避免传感器电容的增加，从而具有短的脉冲衰减时间，这对于高速率实验至关重要。在安装到检测器之前，还在室温下对为LIPE检测器生产的4180 VUV-MPPC进行了性能测试，发现所有VUV-MPPC都能正常工作，只有少数例外。详细介绍了VUV-MPPC的设计和性能，以及在室温下的性能测试结果。
2019-02-05 hep-ex physics.ins-det
Micromegas operation in high pressure xenon: charge and scintillation readout
本文研究了在1 ~ 10巴压力范围内纯氙中工作的Micromegas的工作特性。在每种压力下获得的最大电荷增益近似恒定，大约为4 × 10^2，氙压力高达5 bar，并在此压力以上缓慢下降，在10 bar时略高于10^2。与其他微图案气体倍增器相比，MM在4 bar以上的氙气压力下具有最高增益。对于22.1 keV的X射线，获得的最低能量分辨率随着压力的增加而稳定增加，从1 bar时的12%增加到10 bar时的32%。计算有效闪烁产率，定义为在转换区中产生的每个初级电子通过MM网孔离开的光子数。在1巴的压力下，每个初级电子的产额约为2 × 10^2个光子，在5巴的压力下增加到约6 × 10^2个光子，然后在10巴的压力下再次降低到2 × 10^2个光子。通过合适的光电传感器读出这种闪烁将导致更高的增益，但具有增加的统计波动。
2010-09-15 hep-ph physics.ins-det
NEST: A Comprehensive Model for Scintillation Yield in Liquid Xenon
介绍了一个解释液体氙闪烁产额的综合模型。我们统一了各种定义的功函数丰富的文献中，并纳入所有可用的数据电子反冲闪烁产额。这导致更好地理解电子反冲，并有利于改进核反冲的描述。入射伽马能量范围为O（1 keV）到O（1 MeV）和电场在0和O（10 kV/cm）被纳入这个启发式模型。我们展示了Geant 4实现的结果，但由于该模型有一些自由参数，因此在任何仿真包中的实现都应该很简单。我们使用一个准经验的方法，提高探测器校准和性能验证的目标。该模型将有助于未来探测器的设计和优化。这种模式也很容易推广到其他贵族元素。在本文中，我们奠定了详尽的模拟代码，我们称之为NEST（贵元素模拟技术）的基础。
2011-06-08 physics.ins-det
Performance of a Large Area Avalanche Photodiode in a Liquid Xenon Ionization and Scintillation Chamber
用大面积雪崩光电二极管（LAAPD）探测了α粒子、电子和γ射线在液体氙（LXe）中产生的闪烁光。测量α闪烁产率作为施加的电场的函数。我们估计LAAPD的量子效率为45%。来自零电场下的光测量的最佳能量分辨率对于来自Bi-207的976 keV内转换电子为7.5%（sigma），并且对于来自Am-241的5.5 MeV α粒子为2.6%（sigma）。用于这些测量的检测器也作为网格电离室操作以测量电荷产额。我们证实，在LC 10中使用LAAPD不会引入抑制自由电子漂移的杂质。
2005-02-14 astro-ph nucl-ex physics.ins-det
Ionization and scintillation of nuclear recoils in gaseous xenon
在电致发光时间投影室中同时观测到了氙在14巴压力下的核反冲产生的电离和闪烁。中子从放射性同位素$α$ -Be中子源被用来诱导氙核反冲，并观察到的反冲光谱进行了比较，一个详细的蒙特卡罗采用估计的电离和闪烁产率的核反冲。的能力，区分电子和核反冲使用的比率电离初级闪烁证明。这些结果鼓励进一步研究在气相中使用氙作为暗物质直接探测实验中的探测介质。
2014-09-09 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Intense Vacuum-Ultraviolet and Infrared Scintillation of Liquid Ar-Xe Mixtures
在液体惰性气体粒子探测器的背景下描述了掺氙液态氩的真空紫外光发射。研究了从0.1 ppm到1000 ppm的液氩中的氙浓度。通过记录光发射谱，观察到氩的第二准分子连续谱（$\sim$ 127 nm）向氙的第二准分子连续谱（$\sim$ 174 nm）的能量转移。在氙浓度为$\sim$ 10 ppm时，转移几乎饱和，另外，在峰值波长为1.17 $μ$ m的红外线中的强发射，在真空紫外辐射的峰值波长为174 nm处，电子沉积的能量为每MeV（13000 $\pm$ 4000）个光子（氙的第二受激准分子连续谱）被确定为每MeV电子能量沉积（20000 $\pm$ 6000）个光子。在这些激发条件下，纯液态氩发射（22000 $\pm$ 3000）光子/MeV电子能量沉积在峰值波长127 nm处。本文报道了10 ppm Ar-Ar液体混合物的电子束感生发射光谱，其波长范围为115 nm ~ 3.5 $μ$ m。还显示了氙浓度从0.1 ppm到1000 ppm呈指数变化的氙掺杂液氩的VUV发射光谱。在真空紫外线以及在近红外线的明确定义的波长位置的光发射的时间结构测量。
2015-11-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Wavelength-Resolved Timing of Near-Infrared Scintillation in Gaseous Xenon
Stanford University（斯坦福大学）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
本研究通过测量气态氙中α粒子在12个波长波段的近红外闪烁时间响应，揭示了快慢分量特性，并利用两步动力学模型及理论计算，识别出离子二聚体跃迁为连续谱发射的主要机制。
2026-10-08 hep-ex physics.chem-ph physics.ins-det
Position Reconstruction in a Dual Phase Xenon Scintillation Detector
研究了统计重建算法极大似然法和最小二乘法在双相液氙探测器事例重建中的应用。提出了一种迭代方法，用于从未准直γ射线源的校准数据中原位重建PMT光响应函数。使用所述技术，研究了ZEPLIN-III暗物质探测器针对122 keV伽马射线的性能。对于探测器内部（R<100 mm），在水平面上测量到的一次和二次闪烁的空间分辨率分别为13 mm和1.6 mm FWHM。在该能量下实现了8.1%FWHM的能量分辨率。目前正在研究使用这种技术来提高闪烁照相机的性能并降低其成本的可能性。
2012-09-26 astro-ph.IM physics.ins-det physics.med-ph
Study on degradation of VUV-sensitivity of MPPC for liquid xenon scintillation detector by radiation damage in MEG II experiment
针对MEG II实验液氙探测器中MPPC在高强度μ子束下的VUV灵敏度退化问题，研究发现辐射损伤集中于MPPC表面且热退火可使光子探测效率恢复，为相关探测器的辐射损伤评估与修复提供了依据。
2022-11-17 physics.ins-det
Scintillation-only Based Pulse Shape Discrimination for Nuclear and Electron Recoils in Liquid Xenon
在一个专门的测试设置在神冈天文台，我们研究了脉冲形状歧视（PSD）在液体氙（LXe）的暗物质搜索。PSD在LC 10是基于观察到的闪烁光从电子事件发射的时间比核反冲事件，我们的方法使用了一个简单的比率早期总闪烁光发射在一个单一的闪烁事件。需要50%的核反冲保留效率，我们将能量在4.8和7.2 keVee之间的电子背景降低到7.7 \pm 1.1（stat）\pm 1.2 0.6（sys）\times 10-2，并将能量在4.8和7.2 keVee之间的电子背景降低到7.7 \pm 2.8（stat）\pm 2.5 2.8（sys）\times 10- 2。3，能量在9.6至12 keVee之间，闪烁光产量为20.9 p.e./凯通过掩蔽一些光以将该产率降低至4.6p.e./ keV，相同的方法导致电子事件减少2.4 \pm 0.2（stat）\pm 0.3 0.2（sys）\times 10-1以上较低的能量区域。我们还观察到，在对比核反冲的波动，我们的早期电子事件的总比率大于预期的统计波动。
2011-06-11 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Reflectance dependence of polytetrafluoroethylene on thickness for xenon scintillation light
许多稀有事件研究，包括暗物质直接探测和无中微子双β衰变实验，都利用聚四氟乙烯（PTFE）反射材料制成的高真空紫外反射表面，以实现探测器的高光收集效率。随着探测器在过去十年中尺寸的增长，对更薄的探测器壁的需求也在增加，而反射率没有显著损失，以减少活性惰性液体周围的死体积、释气和潜在背景。我们报告的实验结果，以测量两个PTFE样品在178 nm附近的波长的反射率对厚度的依赖性。当浸没在液体氙中的圆柱形PTFE容器的厚度在1mm和9.5mm之间变化时，没有观察到反射率的变化。
2017-03-27 physics.ins-det
Low Energy Electronic Recoils and Single Electron Detection with a Liquid Xenon Proportional Scintillation Counter
本文表征了单相液态氙比例闪烁计数器（LXePSC）对低能电子反冲的响应，实现了约1keV电子反冲的高效探测及单电子观测，讨论了其在反应堆中微子探测的潜在应用。
2023-06-19 physics.ins-det
Response of photomultiplier tubes to xenon scintillation light
本文用中心波长在175 nm附近的氙闪烁光对35个滨松R11410-22光电倍增管进行了精密定标。这种特殊的PMT变体是专门为LUX-ZEPLIN（LZ）暗物质实验开发的。使用与真空低温恒温器耦合的室温氙闪烁池来研究室温和低温下的全面PMT响应$\textrm{($ \sim $ -100$ ^ \circ $C)}$，特别是确定LZ操作条件下的量子效率（QE）和双光电子发射（DPE）概率。对于在室温下平均QE为$\textrm{(32.4$ \pm $2.9)%}$的样品，我们发现冷却后$\textrm{(17.9$ \pm $5.2)%}$的相对改善（其中不确定度值是指样品标准偏差）。在低温下，响应单个真空紫外（VUV）光子的平均DPE概率为$\textrm{(22.6$ \pm $2.0)%}$;在此首次测量的相对于室温的DPE增加为$\textrm{(12.2$ \pm $3.9)%}$。还观察到小的三重光电子发射概率$\textrm{($ \sim $0.6%)}$的证据。在这些参数和制造商测量的QE之间建立了有用的相关性。还测量了一个ETEL D 730/9829 QB的单VUV光子响应，这是一个在ZEPLIN-III实验中使用的具有更标准的双碱光电阴极的PMT，我们获得了$\textrm{(9.1$ \pm $0.1)%}$的冷DPE部分。因此，我们确认，这种效果并不…
2018-04-13 physics.ins-det
