Scintillation light detection in the long-drift ProtoDUNE-DP liquid argon TPC
ProtoDUNE-DP是一个6x6 x6 m3的液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN的中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。这些探测器中的光信号对于提供精确的计时能力至关重要。在ProtoDUNE-DP中，宇宙μ子在LArTPC中产生的闪烁光由放置在距离相互作用点7 m处的光电倍增管（PMT）收集。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对一些液态氩特性的理解。
2021-06-29 hep-ex physics.ins-det
Measurement of scintillation efficiency for nuclear recoils in liquid argon
在10 ~ 250 keVr范围内，测量了核反冲与电子反冲产生的液氩闪烁光产额随反冲能量的变化关系。闪烁效率定义为核反冲闪烁响应与电子反冲响应的比值，在20 keVr以上为0.25 \pm 0.01 + 0.01（相关）。
2012-05-08 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Optical fiber read-out for liquid argon scintillation light
在本文中，我们描述了一个光探测器的性能的Ar闪烁光的波长移动（WLS）光纤连接到硅光电倍增管（SiPM）。该装置被认为是用于直接在液态氩（LAr）中操作的高纯锗（HPGe）探测器的反康普顿否决。在一个约800 kg LAr的低温恒温器中测量了不同放射源的本底抑制效率。这项工作是GERDA实验的研发工作的一部分。
2016-06-14 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the scintillation efficiency for nuclear recoils in liquid argon under electric fields up to 3 kV/cm
本文报道了用液氩时间投影室测量几十keV核反冲在电场范围从$0$到$3\ {\rm kV/cm}$的闪烁效率。用$^{252}{\rm Cf}$放射源进行标定。观测到的闪烁和电致发光光谱同时与来自基于Geant 4的蒙特卡罗模拟和NR模型的光谱拟合。从拟合中提取的闪烁效率报告为反冲能量和电场的函数。这一结果可用于探测器的设计和探测WIMP暗物质引起的闪烁和电离信号的实验数据的解释。
2019-08-07 hep-ex physics.ins-det
Scintillation and Ionization Ratio of Liquid Argon for Electronic and Nuclear Recoils at Drift-Fields up to 3 kV/cm
两相氩探测器基于脉冲形状鉴别和电离/闪烁比（S2/S1）在电子反冲和核反冲事件之间具有高鉴别能力。这一特性非常适合于暗物质搜寻建立低本底实验。然而，与氙相比，氩的S2/S1的基本性质并不为人所知。我们报告的S2/S1属性的评估与两相检测器在漂移场为0.2-3.0 kV/cm。最后讨论了S_2/S_1对电子反冲本底的分辨能力。
2018-09-26 hep-ex physics.ins-det
Near-infrared scintillation of liquid argon
自20世纪70年代以来，人们已经知道稀有气体在光谱的近红外（NIR）区域内发生衰变（0.7 $μ$ m < $λ$ ; < 1.5 $μ$ m）。更有争议的是凝聚惰性气体的近红外光产额问题。我们首先提出的动机使用近红外闪烁液氩探测器，然后简要回顾早期以及最近的努力，最后显示令人鼓舞的初步结果，在费米实验室进行的测试。
2016-03-07 hep-ex physics.ins-det
Using $^{22}$Na and $^{83{\rm m}}$Kr to calibrate and study the properties of scintillation in xenon-doped liquid argon
我们用$^{22}$ Na光源测量了掺氙浓度从165 ppm到10，010 ppm的液氩中闪烁光的性质。详细讨论了掺氙液氩中的能量传递过程，建立了一种新的波形模型，并对平均波形进行了拟合。给出了掺氙液氩中闪烁光子的时间分布和TPB发射的时间分布。氙掺杂的量由质量流量控制器控制，质量流量控制器通过还原气体分析仪校准，以确保氙浓度准确。此外，首次在掺氙液氩探测器中成功地实现了$^{83{\rm m}}$ Kr作为定标源的试验。通过比较$^{22}$ Na和$^{83{\rm m}}$ Kr的光产额，可以得出结论，在41.5 keV至511 keV的范围内，闪烁效率几乎相同。
2020-10-26 hep-ex physics.ins-det
A measurement of the group velocity of scintillation light in liquid argon
在欧洲核子研究中心（CERN）的专用实验装置上首次测量了$λ\sim 128$ ~nm波长的闪烁光在液态氩$v_{g}$中的传播速度。然后使用获得的结果$\frac{1}{v_{g}} = 7.46 \pm 0.08$ ~ns/m来推导VUV区域液态氩的折射率（n）和瑞利散射长度（$\mathcal{L}$）的值。对于$λ= 128$ ~nm，我们发现$n= 1.358 \pm 0.003$和$\mathcal{L}= 99.1 \pm 2.3$ ~cm。这些测量值对各种寻找稀有事件的实验很有意义，比如中微子和暗物质的相互作用。导出量也代表了描述闪烁光在液氩中传播的理论模型的关键信息。
2021-07-29 hep-ex physics.ins-det
Predicting Transport Effects of Scintillation Light Signals in Large-Scale Liquid Argon Detectors
液态氩被用作中微子物理学和暗物质研究的探测介质。近年来，为了扩大闪烁光在液氩时间投影室中微子探测器中的应用，需要发展先进的模拟闪烁光的方法。目前可用的方法往往是令人望而却步的缓慢或不精确的，由于检测器的大小和中微子束相互作用沉积的能量的组合。在这项工作中，我们提出了一个半解析模型来预测氩闪烁光的数量观察到的光探测器的精度优于$10\%$，仅基于闪烁和光探测器之间的相对位置。我们还提供了一种方法来预测这些光子的传播效应占到达时间的分布。此外，我们提出了一个等效模型来预测探测器阴极上存在波长漂移、高反射层的情况下的光子数量及其到达时间。我们提出的方法可以用来模拟光在大型液氩探测器，如DUNE或SBND，也可以应用到其他探测器介质，如液体氙或氙掺杂液氩。
2021-04-05 hep-ex physics.ins-det
A comparison between scintillation light Analog and Digital trigger for large volume Liquid Argon Time Projection Chambers
大体积液氩时间投影室（LAr-TPC）被用于中微子物理和稀有事件研究。这些探测器大多利用液态氩的闪烁光作为触发器。可以采用两种不同的方法来为这些检测器提供有效的触发系统，这依赖于对来自光电检测器（如光电倍增管或硅光电倍增器）的信号的模拟或数字处理。每种方法都有各自的优点和缺点，因此混合解决方案的实现可以从这两种方法中受益。为此，一个创新的电子板原型已被设计和提出用于大容量LAr-TPC探测器。
2020-04-10 hep-ex physics.ins-det
Scintillation light detection in the 6-m drift length ProtoDUNE Dual Phase liquid argon TPC
深地下中微子实验（DUNE）是长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的前沿实验。ProtoDUNE-Dual Phase（DP）是一个6x6 x6 m $^3$液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。在ProtoDUNE-DP中，LArTPC中宇宙μ子产生的闪烁和电致发光由放置在离电离轨道7米远的光电倍增管收集。在本文中，我们提出了性能的ProtoDUNE-DP光子探测系统，比较不同的波长移动技术和使用的氙掺杂LAr作为一个有前途的选择，为未来的大型LArTPC。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对液态氩特性的理解。
2021-11-18 hep-ex physics.ins-det
Measurement of scintillation and ionization yield with high-pressure gaseous mixtures of Xe and TMA for improved neutrinoless double beta decay and dark matter searches
气态氙时间投影室（TPC）是一种用于无中微子双β衰变和WIMP暗物质研究的探测器技术。虽然它的密度低于液体探测器，但它在跟踪能力和更好的能量分辨率方面具有内在优势。气体荧光的性能可以通过分子添加剂如三甲胺（TMA）进一步改善，其预期（1）冷却电离电子，（2）通过潘宁转移将荧光激发能转化为TMA电离，以及（3）产生闪烁和更容易检测波长（300 nm）的电致发光。为了测试TMA对性能改善的可行性，我们首次直接测量了Penning和荧光转移效率，使用了Na 2SO 4和TMA的气体混合物。虽然我们观察到的潘宁转移效率高达~ 35%，我们发现强烈的抑制初级闪烁光与TMA。我们还发现，具有三甲基溴和TMA混合物的初级闪烁光可以很好地表征为约3%的荧光从三甲基溴转移到TMA，由于TMA自猝灭而进一步抑制。没有发现TMA离子复合产生闪烁光的证据，这种强烈的闪烁光抑制使暗物质的搜索变得相当具有挑战性，而改进无中微子双β衰变搜索的可能性仍然存在。这项工作是在NEXT合作的背景下进行的。
2016-02-09 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Study of infrared scintillations in gaseous and liquid argon - Part I: methodology and time measurements
本文介绍了一种利用盖革模式APD（GAPD）对近红外（NIR）和脉冲X射线辐射敏感，测量气态和液态Ar中近红外光谱的方法。这项研究已经引发了低温雪崩探测器（CRADs）的发展与光学读出在近红外使用组合THGEM/GAPD倍增器，这可能是在相干中微子核散射和暗物质搜索实验的需求。本文提出了一种新的低温近红外闪烁产额测量方法，即采用具有时间分辨的单光子计数模式的GAPD。在中等电场（电致发光）下，在气态和液态Ar中测量了初级和次级近红外发光的时间结构及其光产额。
2012-04-01 hep-ex physics.ins-det
Observation of primary scintillations in the visible range in liquid argon doped with methane
基于含氢原子的液体闪烁体的中子否决探测器是任何地下暗物质搜索实验的组成部分。到目前为止，液态烃的易燃混合物被用作这种探测器中的液体闪烁体。一种安全的替代品可能是基于掺有甲烷的液态氩的液体闪烁体。在本工作中，我们研究了纯液氩及其与甲烷的混合物（CH_4含量从100 ppm到5%）中的初级精馏。在可见光和近红外范围内，在掺甲烷的液氩中首次观察到了初级的光散射，并测量了它们的相对光产额随甲烷含量的变化。
2020-04-28 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Scintillation and optical properties of xenon-doped liquid argon
液态氩（LAr）是粒子物理学和稀有事件研究中常用的探测介质。LAr闪烁光探测的挑战在于其短发射波长、长闪烁时间和短衰减长度。已知向LAr中添加少量氙可改善闪烁和光学性质。我们提出了一个表征活动的氙掺杂液氩（XeDLAr）的目标氙浓度范围从0到300 ppm的质量，包括测量的光电子产率$Y$，有效的三重态寿命$τ_3$和有效衰减长度$λ_\mathrm{att}$。测量是在地下低温氩设施，SCARF，1吨（XeD）LAr测试台在慕尼黑大学的浅地下实验室（UGL）。这三个闪烁和光学参数，同时观察到一个单一的设置，传奇液氩监测装置，LLAMA。液相和气相中的实际氙浓度用用于氙研究的杂质检测器IDEFIX（质谱仪设置）确定，并且证实成功掺杂。在最高掺杂浓度下，我们发现$Y$加倍，$τ_3$减少十倍至$\sim$ 90 ns，$λ_{att}$增加十倍至超过6 m。
2021-12-14 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Spectroscopic analysis of the argon scintillation with a wavelength sensitive particle detector
我们进行了时间分辨光谱研究的真空紫外/紫外氩闪烁作为一个功能的压力和电场，通过一个波长敏感探测器与不同的放射性源。我们的工作传达了新的证据，氩光的显着特点，这是在对比一般的假设，为粒子探测的目的，闪烁可以被认为是主要是单色在128 nm（第二连续）。光子发射的波长和时间分辨分析表明，氩闪烁的主要成分在前几十ns的范围内[160，325] nm。这种光与来自高电荷氩离子/分子的第三连续谱发射一致。该闪烁分量在高达25 V/cm/bar时与场无关，并且在[1，16] bar范围内显示出与压力的非常轻微的依赖性。第二连续谱发射的动力学主要由准分子形成时间，其变化作为压力的函数已被测量。此外，电子-离子复合的时间和压力依赖的功能，在第二连续带，已被测量。该研究为基于贵元素闪烁光光谱信息的粒子识别技术开辟了新的途径。
2020-12-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Evidence of delayed light emission of TetraPhenyl Butadiene excited by liquid Argon scintillation light
四苯基丁烷是与液态氩结合使用最广泛的波长移动器。后者发射波长为127 nm的闪烁光子，需要将其下移以通过具有玻璃或石英窗的光电倍增管检测。已经证明四苯基丁醇具有极高的转换效率，对于127 nm的光子可能高于100%，但没有关于其发射的时间依赖性的精确信息。它通常被假定为指数衰减的一个特征时间的顺序为一纳秒，作为一个外推从测量激发辐射在近紫外线。这项工作表明，当被127 nm的光子激发时，四苯基丁酸酯不仅以非常短的衰减时间重新发射光子，而且由于三重态去激发而以较慢的时间重新发射光子。这一事实可以有力地有助于澄清自70年代以来文献中报道的液体氩闪烁光的异常，即长衰减时间常数的测量值的不一致性和中间组分的出现。当TPB与氦和氖组合使用时，也应该预期类似的效果，氦和氖发射波长短于127 nm的闪烁光子。
2015-03-29 nucl-ex physics.ins-det
Scintillation efficiency of liquid argon in low energy neutron-argon scattering
在实验中寻找与惰性气体（如液态氩）弱相互作用的大质量粒子，需要非常低的核反冲探测阈值。闪烁效率的测定对于量化探测器在低能量下的响应至关重要。我们报告的结果与一个小的液氩细胞使用单能中子束产生的氘-氘聚变源。在零电漂移场下，测量了六个氩反冲能量在11和120 keV之间的光产额。
2015-06-04 astro-ph.IM hep-ph physics.ins-det
A Measurement of the Absorption of Liquid Argon Scintillation Light by Dissolved Nitrogen at the Part-Per-Million Level
我们报告的闪烁光的吸收长度的测量，由于溶解氮在百万分之一（ppm）的水平。我们将受控量的氮气注入到高纯度的液态氩中，并监测来自α源的光输出。源被放置在离低温光电倍增管组件不同的距离处。通过比较每个位置的光输出，我们提取了氮的吸收截面。我们发现，氮吸收氩闪烁光的强度为$(1.51\pm 0.15)\times10^{-4} \;\mathrm{cm^{-1} ppm^{-1}}$，相应的吸收截面为$(7.14 \pm 0.74)\times10^{-21}\;\mathrm{cm^{2} molecule^{-1}}$。我们得到的吸收长度和氮浓度之间的关系在0至50 ppm的范围内，并讨论了未来的大型液氩时间投影室（LArTPC）探测器的设计和数据分析的影响。我们的研究结果表明，对于当前一代的LArTPC，其中的浓度为百万分之二的氮是预期的，由于氮的衰减长度将是$30 \pm 3$米。
2013-08-09 hep-ex physics.ins-det
LArGe - Active background suppression using argon scintillation for the GERDA $0νββ$-experiment
LArGe是GERDA的一个低本底测试设备，用于研究低本底环境中的新型本底抑制方法，以供将来在GERDA实验中应用。类似于GERDA，LArGe操作裸锗探测器浸没在液态氩（1米$^3$，1.4吨），这另外是与光电倍增管检测氩闪烁光。闪烁信号用于与锗探测器的反符合，以有效地抑制在液氩中沉积能量的背景事件。背景抑制效率进行了研究，结合脉冲形状歧视（PSD）技术，使用BEGe检测器的各种来源，代表特征背景GERDA。已经实现了几倍于$10^3$的抑制因子。用同轴HPGe检测器（无PSD）的LArGe的第一背景数据产生（0.12 $-$ 4.6）$\cdot 10^{-2}$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ y）的背景指数（90% C.L.），这是在GERDA第一阶段的水平。此外，我们第一次监测天然$^{42}$ Ar丰度（平行于GERDA），并有迹象表明天然锗中的$2νββ$衰变。这些结果显示了在超低本底环境中活性液氩否决的有效性。因此，在GERDA第二阶段实施液氩否决。
2015-06-11 nucl-ex physics.ins-det
Properties for liquid argon scintillation for dark matter searches
本文对5 ~ 250 keV能量的反冲氩离子在液氩中的闪烁产额进行了评价，以用于直接寻找暗物质。用Lindhard理论估计核猝灭。基于双激子扩散反应机制的理论模型进行电子（闪烁）淬灭。电子LET（线性能量转移）进行评估，并用于获得由于反冲Ar离子的初始轨道结构。结果进行了比较，从中子的核反冲的实验值。讨论了闪烁和电离在电场中的行为。带着辐射物理学和化学的笔记来搜索暗物质。
2019-03-14 physics.ins-det
Observation of the Dependence of Scintillation from Nuclear Recoils in Liquid Argon on Drift Field
我们用美国Notre Dame结构与核天体物理研究所生产的低能脉冲窄带中子束辐照双相液氩时间投影室（LAr-TPC），研究了LAr-TPC中反冲核的闪烁光产额。布置液体闪烁计数器以检测和识别LAr-TPC靶中散射的中子并选择反冲核的能量。本文报道了11 keV核反冲产生的液氩闪烁对漂移场的显著依赖性。这一观察结果很重要，因为迄今为止，对稀有液体TPC暗物质搜索灵敏度的估计是基于这样一个假设，即电场对核反冲的光产额只有很小的影响。
2013-12-16 hep-ex physics.ins-det
Properties of Liquid Argon Scintillation Light Emission
液态氩由于其优异的电荷产额和输运特性以及作为闪烁体而被用作各种中微子和暗物质实验的活性介质。在127 nm附近的10 nm窄谱带内发射出液态氩闪烁光子，其特征时间分布由激发态Ar $_2^*$的最低单重态和三重态衰变到离解基态的两个分量组成。提出了一个模型，该模型考虑了通过与其他三重态的自相互作用或通过与分子Ar $_2^+$离子的相互作用的长寿命的三重态的猝灭。该模型预测的闪烁信号的时间分布和依赖于外部电场的强度和沉积的能量的密度，如果未淬灭的快速和缓慢的组件的相对丰度是已知的。该模型成功地解释了实验观察到的慢分量的特征时间对所施加的电场的强度和增加的光子产额的液体氩掺杂少量的氙（在ppm水平）的依赖性。该模型还预测了电子和核反冲的脉冲形状参数$_{prompt}$对反冲能量的依赖关系以及核反冲在液氩中的相对光产额$\mathcal{L}_{eff}$的行为
2020-12-11 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the attenuation length of argon scintillation light in the ArDM LAr TPC
本文报道了ArDM暗物质实验中吨级液氩靶中闪烁光衰减长度的测量结果。数据记录在实验的第一次地下操作中，以单相操作模式进行。通过比较来自39-Ar和83 m-Kr的光产额光谱与具有全光线追踪模型的ArDM设置的描述来实现结果。一个相对较低的值接近0.5米被发现的衰减长度的液氩散装到自己的闪烁光。我们将此结果解释为液态氩中存在光学活性杂质，这些杂质未被安装的纯化系统过滤。我们还提出了用于填充的氩气的分析，并讨论了各种分子在真空紫外线中的截面，以满足大型液氩装置的纯度要求。
2016-11-08 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measurement of scintillation and ionization yield with high-pressure gaseous mixtures of Xe and TMA for improved neutrinoless double beta decay and dark matter searches
液态β-TPC是双β衰变和WIMP暗物质搜索中最受欢迎的选择之一。当与液体同位素相比时，气体同位素具有固有的优点，具体地，用于双β衰变搜索的跟踪能力和更好的能量分辨率。气体荧光的性能可以通过分子添加剂如三甲胺（TMA）进一步改善，其预期（1）冷却电离电子，（2）通过潘宁转移将荧光激发能转化为TMA电离，以及（3）产生闪烁和更容易检测波长（300 nm）的电致发光。这些特征可以为双β衰变搜索提供更好的跟踪和能量分辨率。它们还有望增强核反冲的柱状重组，这可用于搜索具有方向灵敏度的WIMP暗物质。我们建造了一个测试电离室，并成功地测量了闪烁和电离产额在高精度与不同的氘和TMA的混合物和压力。我们观察到潘宁效应和增加的重组与TMA的添加。然而，许多不希望的功能，暗物质搜索，如闪烁光的强烈抑制和没有重组的光的迹象，也被发现。这项工作已经进行的NEXT合作的背景下。
2015-05-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
A Novel Use of Light Guides and Wavelength Shifting Plates for the Detection of Scintillation Photons in Large Liquid Argon Detectors
当带电粒子穿过大型液态氩探测器时产生的闪烁光为弱相互作用粒子的研究提供了有价值的信息。本文使用实验室测量和宇宙射线数据从布兰奇杜瓦设施在费米实验室的特点的效率，在印第安纳大学开发的光子探测器技术的单相远探测器的DUNE。该技术的效率被发现是0.48%，在读出端时，检测器组件的特征与实验室测量。利用宇宙射线轨迹对效率的第二次测定与实验室测定结果相当一致。这两个效率测定的一致性支持最小电离μ子在穿过LAr体积时产生${\mathcal N}_{phot} = 40,000$光子/MeV的结果。
2018-07-03 hep-ex physics.ins-det
Measurement of Scintillation and Ionization Yield and Scintillation Pulse Shape from Nuclear Recoils in Liquid Argon
利用美国Notre Dame结构与核天体物理研究所的低能脉冲窄谱带中子束辐照双相液氩时间投影室（LAr-TPC），测量了反冲核在液氩中的闪烁和电离产额随外加电场的变化。安排液体闪烁计数器来探测和识别TPC中散射的中子，并选择反冲核的能量。我们报告测量的闪烁产额的核反冲能量从10.3至57.3千电子伏和中值施加的电场从0至970 V/cm。对于电离产率，我们报告测量从16.9至57.3千电子伏和电场从96.4至486 V/cm。我们还报告了闪烁和电离之间的关系，从核反冲，这是类似的闪烁和电离之间的关系，从电子反冲的观察。假设从$^{83m}$ Kr内转换电子到激子和离子对的能量损失分配与从$^{207}$ Bi转换电子到激子和离子对的能量损失分配相当，我们得到了在16.9 - 57.3 keV核反冲产生的激子（$N_{ex}$）和离子对（$N_i$）的数目及其比率（$N_{ex}/N_i$）。由于柱状复合，在LAr-TPC信号的方向敏感性参数的启发，平行和垂直于所施加的电场的反冲的光和电荷产率的比较首次提出。
2015-05-27 hep-ex physics.ins-det
Tests of PMT Signal Read-out of Liquid Argon Scintillation with a New Fast Waveform Digitizer
CAEN V1751是CAEN SpA最近推出的新一代波形数字化仪。每板8通道，10位，1 GS/s，使用Flash ADC波形数字化器（或4通道，在双边沿采样模式下为2 GS/s），具有阈值和自动触发功能。这提供了一个很好的基础，数据采集暗物质搜索使用光电倍增管探测液氩中的闪烁光，因为它符合测量快速闪烁成分的要求。通过在实际实验条件下操作该板并将其与最先进的数字示波器进行比较来测试该板。我们发现，在1或2 GS/s的采样是适当的重建的快速组成部分的闪烁光在氩气中（特征时间约6-7 ns）和扩展的动态范围，经过一个小的定制，允许在所需的能量范围内的信号的检测。带宽是足够的，固有噪声是非常低的。
2012-07-02 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Operation of a 1-Liter-Volume Gaseous Argon Scintillation Counter
我们已经建立了一个气相氩离子化检测器，用于测量小的核反冲能（< 10 keVee）。在本文中，我们描述了探测器对X射线和伽马校准源的响应，包括脉冲形状分析、软件触发、气体含量优化以及信号的能量和位置依赖性。我们比较我们的实验结果与模拟使用5.9千电子伏的X射线源，以及更高能量的伽马源高达1332千电子伏。最后，我们描述的检测器，DAQ，和软件设置优化的测量气态氩中的低能核淬灭因子。这项工作是在美国能源部的主持下由劳伦斯利弗莫尔国家实验室进行的，部分根据合同W-7405-Eng-48，部分根据合同DE-AC 52 - 07 NA 27344。由整个实验室LDRD资助。LLNL-JRNL-415990-草案。
2009-08-22 hep-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
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
Evaluation of the mean excitation energy of gaseous and liquid argon
本研究评估了气态和液态氩的平均激发能（I值），通过新计算和现有数据推荐气态氩为(187±4) eV，液态氩为(197±7) eV，以改进阻止本领的精度。
2023-11-14 hep-ex physics.ins-det
Characterization of the scintillation time response of liquid argon detectors for dark matter search
本研究利用ARIS探测器数据，表征了四苯基丁二烯延迟响应及电场对脉冲形状判别的影响，以评估液氩探测器在暗物质搜寻中的电子背景抑制能力。
2021-10-11 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measurement of Liquid Argon Scintillation Light Properties by means of an Alpha Source placed inside the CERN 10-PMT LAr Detection System
欧洲核子研究中心（CERN）已经组装了一套利用液态氩（LAr）中电离粒子产生的闪烁光的粒子探测系统。该系统是基于10个大面积的光电倍增管（PMT）浸没在一个1500升的杜瓦瓶充满液氩，并配备了一个可扩展的馈通和机械支持的α源（241 Am）。源的位置可以相对于PMT平面在垂直和水平方向上改变。集成在源支架中的硅光电倍增器（SiPM）光电探测器阵列用于数据采集触发并定义光生成的t0。PMT和SiPM信号可以在不同的距离和不同的位置记录，允许测量LAr闪烁光的一些特性。对该系统进行了详细的研究和表征，预计不久将获得LAr闪烁特性的物理结果。
2020-04-20 physics.ins-det
Expected performance of an ideal liquid argon neutrino detector with enhanced sensitivity to scintillation light
闪烁光被用于液态氩（LAr）中微子探测器，以提供触发信号，否决宇宙射线的信息，以及绝对的事件计时。在这项工作中，我们讨论了探测器提供的额外的机会，具有增强的灵敏度闪烁光，光收集效率约为$10^{-3}$。我们专注于中微子振荡物理的两个关键检测器性能指标：量热中微子能量重建和中微子/反中微子分离的非磁化检测器。我们的研究结果是基于详细的模拟，中微子相互作用建模根据GENIE事件发生器，而一个大的LAr理想探测器的电荷和光响应所描述的Geant 4和NEST模拟工具。在这种大型探测器中，利用电荷信息和光信息，原则上可以获得4GeV电子中微子荷电相互作用的中微子能量分辨率为3.3RMS。通过利用氩中μ子捕获和闪烁光信息否决μ子衰变电子，我们还获得了μ子中微子识别效率约为50%，μ子反中微子错误识别率在百分之几的水平，几个GeV的中微子相互作用是完全包含的。我们认为，具有足够高的光收集效率的大型LAr探测器的建设原则上是可能的。
2014-09-05 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Measurement of neutrino interactions in gaseous argon with T2K
T2K近探测器ND 280采用三个大型氩气TPC（时间投影室）进行粒子跟踪和识别。TPC内部的气体可以作为一个活性靶来详细研究中微子相互作用。气体的低密度导致非常低的径迹能量阈值，允许重建非常低的动量径迹，例如具有低至$\mathcal{O}$（1 MeV）的动能的质子。由于不同的核相互作用模型对这些低动量轨道多重性的预测差异很大，这使得中微子与气体的相互作用成为测试这些模型的有力探针。TPC使用氩基气体混合物（95%体积）运行，自2010年实验开始以来一直暴露于T2K中微子束。由于气体的总质量较低，与周围的基于闪烁器的探测器相比，中微子氩相互作用很少发生。我们预计到目前为止记录的数据中约有600个这样的事件（基准体积中约有200个）。我们能够将这些事件从背景中分离出来，从而证明了使用气态氩作为中微子束靶的可行性。这使我们能够对气态氩进行截面测量，这是第一次进行这种测量。所有以前的中微子截面测量氩进行了液体氩TPC。
2016-10-03 hep-ex physics.ins-det
High Efficiency Detection of Argon Scintillation Light of 128nm Using LAAPDs
研究了有效收集和探测氩气、氪气和氙气发出的真空紫外光的可能性。在这些波长下，大面积雪崩光电二极管（LAAPD）的绝对量子效率。真空紫外光的波长下降到128 nm的Ar发射被证明是可检测的硅雪崩光电二极管在量子效率超过42%。经测量，涂覆有Al+MgF $_2$的柔性聚酯薄膜箔在氩发射波长下具有$\sim$ 91%的镜面反射率。低压氩气显示出发射大量的非紫外线辐射。在此压力下，在氩气中产生非UV光子的平均能量消耗被测量为低于378 eV。
2005-11-10 physics.ins-det
Performance of VUV-sensitive MPPC for Liquid Argon Scintillation Light
日本滨松光子学公司（Hamamatsu Photonics K.K.）研制了一种新型的多像素光子计数器（MPPC），它对真空紫外光（波长λ < 150 nm）具有灵敏度。在早稻田大学低温实验室用液氮对新型MPPC的基本性能进行了测试。MPPC的击穿电压，电容和暗计数率的温度依赖性也进行了评估。此外，用241 Am α射线源对液氩（LAr）闪烁光（λ = 128 nm）的绝对光子探测效率（PDE）约为7%，不确定度为2%。基于这些基本的测量，新的MPPC的LAr探测器的暗物质搜索的可能应用进行了讨论。
2015-10-17 physics.ins-det
Simultaneous scintillation light and charge readout of a pure argon filled Spherical Proportional Counter
在R2D2研究与发展计划中，研究了球形正比计数器用于寻找无中微子双β衰变的可能性。双电荷和闪烁光读出可以改善检测器性能。使用6 × 6 mm2硅光电倍增器，在1.1巴下用纯氩气进行测试。首次在球形正比计数器中采用闪烁光触发。测量的漂移时间与模拟的预期非常一致。此外，在雪崩发展过程中发出的光信号表现出可以用于事件表征的功能。
2022-01-29 physics.ins-det
Performance of Hamamatsu VUV4 SiPMs for detecting liquid argon scintillation
光信号的检测对于广泛的粒子探测器是至关重要的。特别是，真空紫外（VUV）光的有效检测将为目前正在开发的一些新型探测器提供新的机会，但在技术上具有挑战性。在这篇文章中，我们表征了滨松VUV 4硅光电倍增器（SiPMs）的性能，用于检测无波长漂移的真空紫外氩闪烁光。使用定制的低温放大器设计，我们操作两个模型的VUV4 SiPM内的液氩和彻底检查其直接灵敏度液氩闪烁。除了描述它们的低温性能，我们测量了光子探测效率的$14.7^{+1.1}_{-2.4}$ %和$17.2^{+1.6}_{-3.0}$ %在128 nm的这两个VUV 4模型在4 V的过电压操作，与主要的不确定性所产生的SiPM反射率的VUV光。
2022-05-16 physics.ins-det
Hybrid Multi Micropattern Gaseous Photomultiplier for detection of liquid-xenon scintillation
在功能核医学成像和直接暗物质探测等领域，气体光电倍增管（GPM）是一种非常有前途的真空光电倍增管替代品，特别适用于大尺寸贵液探测器。我们提出了最近的表征结果的混合GPM由三个微图案气体结构;厚气体电子倍增器（THGEM），并行电离倍增器（PIM）和MICROMesh气体结构（MICROMEGAS），在Ne/CF 4（90：10）操作。在室温和液态氙（T = 171 K）的温度下，在1100 mbar下，用5.9 keV的X射线，在这种混合物中记录到接近10^7的增益值。根据闪烁探测的结果进行了讨论。虽然本倍增器的研究没有光电阴极，从碘化铯紫外光电阴极的光提取的互补结果在Ne/CH 4（95：5）和CH 4在低温条件下。
2011-10-27 nucl-ex physics.ins-det
Scintillation of liquid nitrogen
本研究首次测量液氮的闪烁特性，利用符合标记α衰变证明其存在微弱闪烁，并测得相对产额及绝对产额，为暗物质探测等稀有事件搜索的背景评估提供关键数据。
2025-10-26 hep-ex physics.ins-det
Primary scintillation yields induced by $α$ particles in gas mixtures of Argon/CF$_4$ at 9.5 bar
本研究探究9.5 bar下氩/CF₄混合气体中α粒子的闪烁特性，发现添加少量CF₄可获得可见光波段高产量、快时间响应的闪烁光，为下一代时间投影室提供新的技术方向。
2024-10-31 physics.ins-det
LArGe: Background suppression using liquid argon (LAr) scintillation for 0$νββ$ decay search with enriched germanium (Ge) detectors
报道了在海德堡MPIK公司的19 kg液氩闪烁探测器中，对裸露的p型高纯锗二极管（HPGe）的测量结果。液态氩-锗系统（LArGe）作为4 $π$反康普顿谱仪操作以抑制HPGe中的背景。这项研究与发展是在GERDA实验的框架内进行的，该实验用富含$^{76}$ Ge的HPGe探测器寻找0 $νββ$衰变。这项工作的目标是开发一种新的方法来区分背景0 $νββ$搜索，这将最终允许调查的有效中微子质量的背景事件下降到逆质量等级规模。在低背景计数的其他应用是预期的。
2006-12-29 physics.ins-det
Table-top setup for investigating the scintillation properties of liquid argon
液态氩的光谱和时间发光特性已在其用于探测天文学中的暗物质粒子的大型液态稀有气体探测器的背景下进行了研究。已经开发了桌面设置。使用连续和脉冲低能电子束激发来激发光发射。波长从110到1000 nm的光谱范围由具有1 ns量级的时间分辨率的检测系统覆盖。
2015-11-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Scintillation Light from Cosmic-Ray Muons in Liquid Argon
本文报道了直接测量宇宙线μ子通过液氩时的时间分辨闪烁信号的实验结果。这些μ子产生的闪烁光对中微子实验和暗物质研究中弱相互作用粒子的研究具有重要价值。实验是在费米实验室的TallBo杜瓦瓶设施中进行的，使用的是为深层地下中微子实验开发的原型光导探测器和电子设备。提出了两种闪烁光时间结构的模型：唯象模型和复合模型。这两种模型发现$τ_{\text{T}} = 1.52$ $μ$ s的Ar $_2^*$三重态的衰变时间常数。这些模型还表明，“早期”的光部分的现象学模型，$F_{\text{E}}\approx 25\%$的信号，与总的光从单重态衰变的识别是低估。单线态光的总分数是$F_{\text{S}} \approx 36\%$，其中超过$F_{\text{E}}$的增加来自波长移位器通过具有长衰减常数的过程发射的单线态光。该模型还用于计算实验粒子识别参数$F_{\text{prompt}}$，即与总记录波形中的光相比，在触发后的短时间窗口中进入的光的分数。该模型再现相当好的典型的实验值$\sim0.3$发现暗物质和双$β$衰变实验，这表明该参数提供了一个强大的度量更严重的电离粒子的歧视电子和μ子。
2016-02-25 hep-ex physics.ins-det
Optical readout tracking detector concept using secondary scintillation from liquid argon generated by a thick gas electron multiplier
利用硅光电倍增器（SiPM）首次观测到了浸没在液氩中的厚气体电子倍增器（TGEM）的孔内产生的二次闪烁。通过5.9KeV Fe-55 γ源的相互作用在液氩中产生的250个电子-离子对在2.5KV/cm场的影响下朝向1.5mm厚度的TGEM漂移，局部场足够高以在电荷穿过TGEM孔的中心区域时在液体内产生二次闪烁光。将所得的真空紫外光入射到涂有四苯基丁二烯（TPB）移相器的浸没式SiPM器件上，在器件的高量子效率区，发射光谱的峰值位于460 nm处。对于IV的SiPM过电压、9.91KV的TGEM电压和2.5KV/cm的漂移场，在SiPM装置处每个Fe-55事件产生总共62个光电子，对应于每个漂移电子150个光电子的估计增益。
2008-12-11 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
Detection of Noble Gas Scintillation Light with Large Area Avalanche Photodiodes (LAAPDs)
用大面积雪崩光电二极管（LAAPD）对Ar、Kr和Ar气中的闪烁光进行了一系列系统的测量。绝对量子效率的推导。Kr和Kr的值与制造商给出的值一致。对于第一次，我们表明，氩闪烁（128 nm）可以检测到量子效率超过40%。低压氩气显示出发射大量的非紫外线辐射。在此压力下，在氩气中产生非UV光子的平均能量消耗被测量为低于378 eV。
2004-12-23 physics.ins-det
The scintillation of liquid argon
本文报道了液态氩在110 ~ 1000 nm真空紫外波段的光谱研究。使用连续和脉冲12 keV电子束进行激发。发射由所谓的第二准分子连续谱的类似物支配。发现了各种额外的发射特征，并测量了一组定义明确的波长位置的光发射的时间结构。结果有助于解释文献数据的液体稀有气体探测器中的波长信息丢失，由于波长移位器的使用。
2015-11-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Evaluation of various planar gaseous detectors with CsI photocathodes for the detection of primary scintillation light from noble gases
稀有气体和液体是极好的闪烁剂，这为直接探测这些介质中由光子或粒子产生的初级闪烁光提供了独特的机会。该信号可以用于多种目的，例如作为TPC的启动信号或用于颗粒识别。通常使用光电倍增管（PM）来检测闪烁光。在我们以前的工作中，我们已经证明，昂贵的PM可以取代气体探测器与碘化铯光电阴极。这种探测器具有与最好的PM相同的量子效率，但同时便宜、简单并且具有高的位置和时间分辨率。本工作的目的是评价各种CsI光电探测器的平面型气体探测器，以选择最好的一种探测惰性气体和液体的初级闪烁光。
2001-06-21 physics.ins-det
Detection of the primary scintillation light from dense Ar, Kr and Xe with novel photosensitive gaseous detectors
结合电荷或次级闪烁信号的初级闪烁光的检测是确定事件t=0以及填充有惰性气体和/或冷凝惰性气体的大质量TPC检测器中的粒子/光子分离的有效技术。这项工作的目的是证明，昂贵的光电倍增器可以取代廉价的新型光敏气体检测器：线计数器，GEM或玻璃毛细管与碘化铯光电阴极耦合。我们已经进行了系统的测量与Ar，氪和氘气在1-50大气压范围内的压力，以及一些初步的测量与液体氘和液体Ar。与气体探测器，我们成功地检测闪烁光产生的22千电子伏的X射线的效率接近100%。我们还检测到的闪烁光产生的BS（5千电子伏的沉积能量）的效率接近25%。22 keV伽马射线闪烁的成功探测不仅为nTOF和ICARUS实验开辟了新的实验可能性，而且也为其他实验开辟了新的实验可能性，例如通过核反冲发射搜索WIMP。
2001-06-15 physics.ins-det
Cryogenic Gaseous Photomultiplier for Position Reconstruction of Liquid Argon Scintillation Light
这里提出的是第一次测试的气体光电倍增管的基础上级联的厚GEM结构的伽玛射线的位置重建在液体氩。该探测器具有对VUV光透明的MgF $_2$窗口和沉积在第一THGEM上的CsI光电阴极。在稳定的操作设置下测量每个光电子的$8\cdot10^{5}$增益和$\sim100\%$光电子收集效率。在100 kHz读出速率下，探测器的位置分辨能力优异（优于100 $μ$ m），在室温下被证明。通过将探测器浸没在液氮中，在低温下成功地进行了探测器和密封件的结构完整性测试，为今后在惰性液体中的操作测试奠定了良好的基础。
2015-02-02 physics.ins-det
Surface background suppression in liquid argon dark matter detectors using a newly discovered time component of tetraphenyl-butadiene scintillation
放射性同位素在探测器内表面的衰变可能成为直接探测暗物质的主要背景问题。虽然这些背景通常用位置切割来减轻，但是这些切割通过减少敏感质量来减少检测器的曝光，并且位置确定中的不确定性可能使得不可能充分地去除某些检测器中的此类事件。在本文中，我们提供了一种新的技术，大大减少这些表面背景液氩（LAr）探测器，独立的位置削减。这些探测器通常在内表面上使用四苯基丁二烯（TPB）涂层作为波长移位器，以将真空紫外（VUV）LAr闪烁光转换为可见光谱。我们发现，TPB闪烁包含一个组件，以前未报告的异常长的寿命（$\sim$ ms）。我们发现，该组件之间的α，β，和真空紫外激发，这使得使用脉冲形状歧视，以抑制表面背景的$10^3$的一个以上的因素与暗物质的灵敏度可以忽略不计的损失显着不同。我们还讨论了这种技术可以扩展到不仅仅是LAr实验。
2019-04-08 physics.ins-det
