MiX: A Position Sensitive Dual-Phase Liquid Xenon Detector
随着双相氙探测器技术的成熟，对稀有事件探测的高效率，对双相氙探测器精确表征的需求也在增长。密歇根氙探测器的建造是为了研究大能量范围内液体氙中粒子相互作用的微观物理学，以探索液体氙中辐射探测的各个方面。我们报道了一种小型三维位置敏感双相液体氙时间投影室的设计和性能，该室具有高光产额（$L_y^{122}=15.2 $ pe/keV，零场），长电子寿命（$τ> 200 μ$ s）和优异的能量分辨率（$σ/E = 1\%$，在200 V/cm的漂移场中，1,333 keV的伽马射线）。具有如此高能量分辨率的液体氙时间投影室不仅可以用于暗物质直接探测研究，而且可以用于无中微子双β衰变实验和其他应用。
2015-10-26 physics.ins-det
A New Analysis Method for WIMP searches with Dual-Phase Liquid Xe TPCs
提出了一种新的基于物理观测量的WIMP暗物质研究数据分析方法。传统上，来自液体靶中散射的核反冲能量已经通过在相互作用顶点处产生的初始瞬发闪烁光（S1）来估计。电离电荷（C2）或其二次闪烁（S2）与Log（S2/S1）与S1中的一次闪烁相结合，仅作为电子反冲背景的鉴别参数。支持C2作为更可靠的核反冲能估计比S1的参数。Log（S1/C2）vs.C2的新相空间被引入作为对于核反冲接受更有效的相空间，并且表现出优越的能量分辨率。这是在不损害LIGHTTPC的鉴别能力，也不损害其3D事件重建和基准化能力的情况下实现的，就像只利用电离通道的分析一样。最后，提出了两个独立的能量估计器的概念，用于背景抑制：E2作为主要的（基于C2）和E1作为次要的（基于S1）。Log（E1/E2）与E2的关系被证明是评估WIMP信号候选者的最合适的相空间。
2012-06-22 astro-ph.IM physics.ins-det
On a Liquid Krypton TPC for double positron decay searches
Donostia International Physics Center (DIPC)（多诺斯蒂亚国际物理中心）；Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València（粒子物理研究所（IFIC），西班牙国家研究委员会-瓦伦西亚大学）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯科，巴斯克科学基金会）
本研究提出采用四伽马标记方案的液态氪时间投影室概念，小型原型即可在吨级探测器中达到10^29-10^30年灵敏度的双正电子衰变搜索世界最佳限制。
2026-09-18 nucl-ex physics.ins-det
The ArDM Liquid Argon Time Projection Chamber at the Canfranc Underground Laboratory: a ton-scale detector for Dark Matter Searches
氩暗物质（ArDM）实验由一个液态氩（LAr）时间投影室（TPC）组成，对假设的弱相互作用大质量粒子（WIMP）在氩靶上散射产生的核反冲敏感。ArDM的活动目标为850公斤，是LAr探索暗物质的重要里程碑。我们目前的实验装置安装在地下的Submartorio Submarteo德Canfranc（LSC），西班牙。我们展示了2015年单相调试运行（ArDM运行I）期间记录的第一批数据，这些数据总体上证实了吨级LAr探测器的良好和稳定性能。
2016-12-19 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Characterization of large area photomultipliers and its application to dark matter search with noble liquid detectors
人们越来越感兴趣的是使用惰性液体探测器来研究粒子的性质和寻找新的现象。特别是，它们非常适合直接搜索暗物质。在这种实验中，在敏感体积内相互作用后产生的光通常由光电倍增管读出。需要去吨规模的群众，以探索更深的区域的参数空间，要求使用大面积光电倍增管。在本文中，我们解决了需要进行实验室校准测量这些大型光电倍增管，特别是在低温下，没有参考的制造商是可用的特性。我们目前的比较测试的光电管从两个公司。测试在与实际实验中的操作条件类似的条件下进行。测量最相关的光电管参数（量子效率、增益、线性度等）报告了在室温和液态氩温度下的情况。结果表明，所研究的光电管符合严格的要求，目前的暗物质搜索与贵液探测器进行。
2007-11-27 physics.ins-det
Liquid Argon TPC Trigger Development with SBND
短基线近探测器（SBND）是一个112吨有效质量的液态氩时间投影室（LArTPC），将于2020年在费米实验室的助推中微子束线上开始运行。它的主要物理目标包括中微子-氩相互作用截面的高统计测量和寻找无菌中微子振荡，作为组成费米实验室短基线中微子（SBN）计划的三个LArTPC的一部分。此外，SBND还作为未来LArTPC探测器的研发平台，例如深部地下中微子实验（DUNE）所采用的探测器。SBND旨在解决的DUNE的技术挑战之一是利用TPC信号信息的有效自触发。这种能力将使在DUNE远探测器中搜索罕见的过程成为可能，例如来自潜在的银河系超新星爆发或质子衰变的中微子相互作用。这些会议记录描述了SBND TPC读出系统和正在进行的研发工作，以开发和展示有效的基于TPC的自触发。
2019-10-18 physics.ins-det
DarkSide-20k: Next generation Direct Dark Matter searches with liquid Argon
DarkSide-20k是在建的下一代双相液氩暗物质直接探测实验，通过低放射性氩气、内外反符合探测器及新型低温硅光电倍增管实现近乎无本底，可探测极低截面的WIMP-核子相互作用，本文重点介绍其光电探测器建造与内反符合测试流程。
2023-12-06 hep-ex physics.ins-det
High-Temperature Superconducting Level Meter for Liquid Argon Detectors
在中微子研究和暗物质搜索中，电容装置通常被用作探测器，测量探测器中惰性液体的水平。在这项工作中，我们描述了使用高温超导材料作为替代控制的低温惰性液体的水平。实验室测量表明，超导体表现出线性行为，高度稳定，并提供了非常准确的液体体积测定。因此，该设备是一种具有竞争力的仪器，并显示出优于传统液位计的几个优点。
2008-11-25 physics.ins-det
Nuclear recoil response of liquid xenon and its impact on solar 8B neutrino and dark matter searches
本文提出利用已发表刻度数据量化液氙低能核反冲响应不确定性的方法，并评估其对太阳 8B 中微子搜寻和低质量暗物质灵敏度的影响，指出忽略产额不确定性会使 6 GeV/c^2 WIMP 限制偏乐观约 2 倍。
2023-04-12 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the Scintillation Efficiency of Na Recoils in NaI(Tl) down to 10 keV Nuclear Recoil Energy relevant to Dark Matter Searches
我们提出了初步的测量结果的钠反冲在碘化钠（铊）在室温下，在谢菲尔德大学的专用中子设施。测量已经进行了2.45 MeV的单能中子发生器的能量范围从10 keV到100 keV的核反冲能。使用BC501A液体闪烁体探测器对中子进行标记。从BC501A液体闪烁体探测器和中子飞行时间的脉冲形状歧视的削减进行记录的脉冲由一个数字化仪与2纳秒的采样时间。测得的淬火因子范围从19%到26%，与其他实验一致。从脉冲形状分析，从电子和核反冲脉冲的平均时间进行比较，下降到2千电子伏的电子等效能量。
2006-11-22 physics.ins-det
Supernova and solar neutrino searches at DUNE
DUNE 是利用液氩 TPC 技术的下一代长基线实验，通过优化四个总质量 70 千吨的地下模块设计，实现对核心坍缩超新星电子中微子、太阳及弥散超新星背景中微子的独特低能探测敏感性。
2024-02-14 hep-ex physics.ins-det
R&D for Future 100 kton Scale Liquid Argon Detectors
目前正在考虑将100千吨级的大型液氩探测器用于质子衰变研究和中微子天体物理学，并考虑将其用作下一代长基线中微子振荡实验的远探测器，目的是确定中微子质量等级和在轻子区进行CP破坏研究。这些检测器依赖于在低温条件下以低热损失稳定地维持大LAr质量和实现电离电荷的长漂移的可能性，从而使每单位体积的读出通道的数量最小化。世界各地正在开展许多研发活动，最终探测器设计的概念略有不同，但有许多共同的基本研发问题。
2009-12-22 hep-ex physics.ins-det
A buffer-free concept bubble chamber for PICO dark matter searches
在本文中，我们报告的成功运作在德雷克塞尔大学的PICO合作的第一个C $_3$ F $_8$无缓冲原型氟碳化合物泡室。之前的PICO泡室使用氟碳靶流体产生了世界领先的WIMP搜索结果，通过水缓冲层与钢波纹管隔开。罐壁和液-液界面处的表面张力效应导致一类具有核反冲样声学特征的背景事件，从而污染分析中的WIMP样信号区域。因此，新的泡室将被构造为“正面朝上”，这意味着C $_3$ F $_8$的罐在波纹管上方，内部容器内没有水。Drexel泡室（DBC）在PICO用于WIMP搜索的核反冲阈值及以下成功运行，包括低至1.19 keV的阈值。我们已经证明了对$^{137}$ Cs γ和来自$^{244}$ Cm的自发裂变中子的敏感性，并且尽管所观察到的α衰变率非常低，但声学α辨别被证明是可能的。来自立体成像的位置重建允许用于校准数据的基本分析切割。该原型的成功建造和运行证实了右侧向上设计的有效性，该设计将用于未来的暗物质搜索，如PICO-40 L和PICO-500。
2019-07-28 physics.ins-det
SBC-SNOLAB scintillation system and SiPM implementation for dark matter searches
本文介绍 SBC 合作组在 SNOLAB 建造的 10 kg 液氩气泡室 SBC-SNOLAB，重点阐述掺氙液氩、48 个 VUV SiPM、石英罐及液态 CF$_4$ 构成的闪烁系统及其单光电子否决设计。
2023-12-02 physics.ins-det
ArDM: a ton-scale LAr detector for direct Dark Matter searches
氩暗物质（ArDM-1 t）实验是一个吨级液态氩（LAr）双相时间投影室，设计用于直接搜索暗物质。这种装置允许用电荷成像检测器探索LAr中的低能量前沿。电离电荷从液体提取到气相中，并在那里通过使用大电子倍增器放大，以降低检测阈值。直接检测的电离电荷与精细的空间粒度，结合测量的幅度和时间演变的相关的初级闪烁光，提供了强大的工具，用于识别的WIMP相互作用的背景下，由于电子，光子和可能的中子，如果散射不止一次。一个一吨重的LAr探测器目前安装在欧洲核子研究中心的地面上，以全面测试所有功能，它将很快被转移到地下位置。我们将在这里强调的经验教训，从这样一个设备的设计大型LAr TPC的中微子振荡，质子衰变和天体物理中微子搜索。
2010-12-29 physics.ins-det
Two distinct components of the delayed single electron background signals in liquid xenon emission detectors
已知具有毫秒时间尺度的单电子背景信号跟随液体/气体氙发射检测器中的电离事件。由于长时间尺度，这些信号可以呈现限制背景的低能量阈值的暗物质搜索，并防止发现类搜索兆电子伏规模的隐藏扇区暗物质。系统的研究揭示了快（tau_1）和慢（tau_2）的成分的背景。快分量与被捕获在液体表面的电子相容，并且可以通过增加电场来减少。而慢分量随电场的增大而线性增大。的影响的起源的假设进行了讨论，并提出了缓解技术。
2017-12-13 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Demonstration and Comparison of Operation of Photomultiplier Tubes at Liquid Argon Temperature
液化惰性气体被广泛用作直接暗物质搜索的目标。液体中闪烁的信号，在由暗物质粒子（例如WIMP）散射的反冲核的能量沉积之后，应该由适当设计成在低温下操作的光电传感器记录到非常低的能量。用于暗物质搜索的基于液态氩的探测器目前实现用于信号读出的光电倍增管。在过去的几年中，光电倍增管的光电阴极工作到液态氩温度（87 K）已经专门开发了增加量子效率特性。其中最新的Hamamatsu Photonics Mod. R11065峰值QE高达约35%，已在WArP协作的研发计划中进行了广泛测试。在这些测试中，滨松光电倍增管表现出卓越的性能，并允许在具有12%范围内的光电阴极覆盖率的液氩检测器中获得约7 phel/keVee的光产额，足以检测低至几keVee的能量沉积的事件。这表明，这种新型的PMT适合于实验应用，特别是新的直接暗物质搜索与基于LAr的实验。
2011-09-26 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Lindhard integral equation with binding energy applied to light and charge yields of nuclear recoils in noble liquid detectors
本文提出了一个基于结合能Lindhard积分方程的低能核反冲电离效率或淬灭因子的模型，并将其应用于惰性液体探测器中核反冲的相对闪烁效率和电荷产额的计算。猝灭模型结合了恒定的平均结合能以及与离子速度成比例的电子阻止本领，并且是分析电荷重组过程以预测电离和闪烁产率的重要输入。我们的研究结果与NEST模拟的Leptin和LAr，并与现有的数据很好地吻合。这些研究与当前和未来使用稀有液体作为中微子物理靶的实验以及直接寻找暗物质有关。
2023-03-23 physics.ins-det
Safe liquid scintillators for large scale detectors
粒子物理学中的许多实验，特别是在中微子搜索领域，依赖于有机液体稀释剂作为目标和检测材料。在过去的几十年里，这些探测器的尺寸不断增长，达到千吨级。在一些情况下，这些探测器位于安全要求更高的地点，如地下实验室或核反应堆附近。因此，强烈需要在防火、人类健康或环境污染方面安全的液体。特别地，与经典溶剂如二甲苯或偏三甲苯相比，需要显著改善闪点、蒸气压或毒性等性质。我们提出并比较了基于高闪点溶剂的混合器的性能和光学性质。特别地，基于聚硅氧烷的澄清剂的特征在于在安全性方面的突出性能。
2022-05-30 physics.ins-det
GraXe, graphene and xenon for neutrinoless double beta decay searches
我们提出了一个新的探测器概念，Graxion（发音为Grace），用于寻找中微子-136的双β衰变。石墨烯结合了稀有事件搜索中流行的检测介质液体氙和一种新的无背景材料石墨烯。在我们的Graxide基线设计中，一个由石墨烯涂层钛网制成的球体，充满了富含136同位素的液体氙（Lxide），浸入大量装有光电探测器的天然Lxide中。液态氙是一种极好的闪烁体，对自身的光线相当透明。石墨烯在很大的频率范围内是透明的，并且对氙是不可渗透的。事件的位置可以从光传感器中检测到的光图案推断出来。外部背景将被天然Leptin的缓冲物屏蔽，使超放射纯的内部体积几乎没有背景。工业石墨烯可以以具有竞争力的成本制造，以生产球体。在同位素氙-136中浓缩氙很容易，而且相对便宜，世界上已经有近一吨的浓缩氙可用（目前正在EXO，KamLAND-Zen和NEXT实验中使用）。所有低温专业知识都可以从使用液体氙的众多实验中轻松获得。使用引力概念的实验在短时间内看起来是现实的和负担得起的，其物理潜力是巨大的。
2012-02-23 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Stable operation with gain of a double phase Liquid Argon LEM-TPC with a 1 mm thick segmented LEM
本文介绍了小型液氩大电子倍增器时间投影室（LAr LEM-TPC）的实验结果。这种探测器概念提供了一种能够进行电荷放大的3D跟踪和量热装置，适用于下一代中微子探测器，并可能直接用于暗物质搜索。在一个装有10 $\times$ 10 cm $^2$读出器的3 lt电离室的测试中，在三周的数据采集期间记录了宇宙μ子数据。最大增益达到6.5，液氩保持足够的纯度以确保20 cm的漂移（O（ppb）~O $_2$当量）。
2010-10-12 physics.ins-det
Next-Generation Liquid-Scintillator-Based Detectors: Quantums Dots and Picosecond Timing
基于液体闪烁体的探测器是一种强大的技术，可以很好地扩展到大容量。由于这个原因，它们对于寻找无中微子双β衰变的实验很有吸引力。改进的光检测技术和新型液体净化器的组合可以允许除了颗粒的总能量之外还提取颗粒方向。这样的进展将在无中微子双β衰变研究之外找到应用。
2013-07-10 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
First measurement of surface nuclear recoil background for argon dark matter searches
直接寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的一个主要背景来自氡子体在探测器表面的沉积。最危险的表面背景是由$^{210}$ Po衰变产生的$^{206}$ Pb反冲。在这封信中，我们报告的第一个特点，这种背景下的液态氩。测量到低能Pb反冲的闪烁信号在氩气中是高度猝灭的，我们估计103 keV的$^{206}$ Pb反冲背景产生的闪烁信号与~ 5 keV（30 keV）电子反冲（$^{40}$ Ar反冲）的闪烁信号相等。此外，我们证明，这种危险的$^{210}$ Po表面背景可以抑制的一个因素~100或更高的脉冲形状歧视的方法，这可以使氩暗物质探测器附近的背景免费和提高他们的潜力，发现中等和高质量的WIMP。我们还讨论了对其他低本底实验的影响。
2016-09-22 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
Characterizing Quantum-Dot-Doped Liquid Scintillator for Applications to Neutrino Detectors
液体闪烁体探测器广泛应用于现代中微子研究。半导体纳米晶体（称为量子点）的独特光学性质为改进标准液体闪烁体提供了有趣的可能性，特别是当与新的光电探测技术相结合时。量子点还提供了一种用候选同位素掺杂闪烁体以用于无中微子双β衰变搜索的手段。本文首次研究了量子点掺杂液体闪烁体在紫外光和放射性光源下的闪烁特性。
2012-10-12 hep-ex nucl-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
Background Discrimination for Neutrinoless Double Beta Decay in Liquid Xenon Using Cherenkov Light
液态氙中的无中子双β衰变产生大量的切伦科夫光，其光子数和角分布将这些事件与普通背景区分开来。使用GEANT4模拟来模拟液体氙探测器中的切伦科夫光子产生和测量，并且使用多层感知器来分析所得到的分布以基于其切伦科夫光子对事件进行分类。我们的研究结果表明，一个温和的改进，无中微子双β衰变搜索的灵敏度是可能的，使用这种技术，但无中微子双β衰变和电子散射在液体氙中的运动学基本上限制了这种方法。
2018-12-13 nucl-ex physics.ins-det
WIMP searches with superheated droplet detectors: Status and Prospects
SIMPLE（Superheated Instrument for Massive Particle searches）使用过热液滴探测器（SDD）来搜索弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质。由于固有的SDD对最小电离粒子和目标液体的高氟含量不敏感，在早期原型阶段就已经获得了具有竞争力的WIMP限值。我们在这里评论的预期立即增加灵敏度的程序和未来的计划，利用这一有前途的技术。
2001-01-14 astro-ph cond-mat.soft hep-ex
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
Liquid noble gas detectors for low energy particle physics
本文综述了能阈在keV范围内的液态惰性气体辐射探测器的现状，这些探测器在直接寻找暗物质、相干中微子散射测量和其他低能粒子物理实验中具有重要意义。重点是这些探测器的操作原理和最重要的仪器方面，主要是那些在双相模式下操作。最近的技术进步和光子探测和电荷读出的相关发展的背景下，它们的适用性，这些实验进行了讨论。
2013-04-29 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measurement of the Quantum Efficiency of Electrode Materials for VUV Photons in Liquid Xenon
Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University（名古屋大学小林-益川粒子宇宙起源研究所）；Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University（名古屋大学地球宇宙环境研究所）
本研究测量了液氙中多种电极材料对VUV光子的量子效率，发现涂有MgF$_{2}$的Al量子效率最低，比SUS304低4.4倍，有助于降低光电效应背景，提升轻暗物质搜索灵敏度。
2025-11-05 hep-ex 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
Searches for massive neutrinos with mechanical quantum sensors
量子光学力学的发展现在允许在量子范围内控制和测量具有飞秒质量的机械传感器。如果机械元件包含经历核衰变的同位素，则测量衰变后传感器的反冲允许重建所有发射粒子的总动量，包括可能在传统检测器中逃脱检测的任何中性粒子。作为一个例子，对于弱核衰变，发射中微子的动量可以在逐个事件的基础上重建。我们提出的概念，一个单一的纳米尺度，光学悬浮传感器的灵敏度接近标准量子极限的操作可以搜索重无菌中微子的keV-MeV的质量范围内的灵敏度显着超出现有的限制。我们还评论的可能性，机械传感器运作良好的量子制度可能最终达到所需的灵敏度，提供一个绝对测量的质量轻中微子状态。
2023-02-14 hep-ex hep-ph nucl-ex
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
Impact of xenon doping in the scintillation light in a large liquid-argon TPC
氙掺杂液氩的使用是大型纯液氩TPC的一种有前途的替代方案。掺氙液氩不仅增强了光的产生，减轻了由于杂质而可能造成的抑制，而且增加了闪烁光的波长，扩大了有效的瑞利散射长度，改善了检测均匀性。ProtoDUNE Dual-Phase是一个300吨有效体积的LAr TPC，是深层地下中微子实验（DUNE）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。Protodune Dual-Phase在欧洲核子研究中心用纯液态氩和氙掺杂液态氩收集宇宙μ介子数据一年多。将介绍闪烁光中氙的存在的影响及其与纯液氩数据的比较。这些结果是感兴趣的任何未来的大型LAr TPC。
2021-09-13 hep-ex physics.ins-det
Multi-site Event Discrimination in Large Liquid Scintillation Detectors
已经进行了模拟研究，以探索在大规模液体闪烁探测器中区分单站点和多站点能量沉积的能力。已经发现了一种稳健的方法，该方法被预测为导致各种各样的事件类的显著统计分离，提供了一种强有力的工具来区分背景并打破信号提取中的重要简并。这对液体闪烁体从$^{130}$ Te和$^{136}$ Te中寻找无中微子双β衰变（$0νββ$）具有特别相关的影响，其中可以将真实的$0νββ$信号与大多数放射性背景（包括来自宇宙成因产生的放射性背景）以及来自目标同位素的未知伽马线区分开。
2019-07-22 hep-ex physics.ins-det
Dynamics of the ions in Liquid Argon Detectors and electron signal quenching
在为暗物质和中微子物理学提出的未来大质量时间投影室的背景下，对液态氩中正电荷的动力学进行了研究。考虑到它们在液态氩中的小迁移率系数，离子相对于电子在活性体积中花费相当长的时间。正电荷密度可以通过在液体体积中注入由位于气体氩气中的电子倍增装置产生的离子而另外增加。离子电流对场均匀性的影响已经被评估，以及由于电子-离子沿漂移复合的电荷信号猝灭的概率。研究结果表明，一些潜在的问题，大量的探测器与漂移的许多米的表面上运行。
2017-03-31 hep-ex physics.ins-det
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
Xenon-Doped Liquid Argon TPCs as a Neutrinoless Double Beta Decay Platform
本研究探讨了在10 kton级地下液氩TPC中掺杂2%氙以搜寻无中微子双贝塔衰变的方案，分析了设计要求与背景抑制，发现该探测器有望达到2-4 meV的$m_{ββ}$灵敏度。
2022-03-24 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Sub-GeV Dark Matter Searches and Electric Field Studies for the LUX and LZ Experiments
暗物质（DM）的性质仍然是一个谜，因为它迄今为止在实验室中无法检测到。为此，建立了大型地下氙（LUX）实验，以直接观察DM与氙靶核的相互作用。LUX从2013年4月到2016年5月在南达科他州的SURF获得了数据，这导致了许多世界领先的排除限制的出版物，这些限制探索了许多未探索的DM参数空间。这份手稿描述了两种新的直接检测方法，使用第一个LUX数据集对亚GeV DM进行限制。韧致辐射和米格达尔效应考虑伴随标准DM-核散射的电子反冲，从而将LUX探测器的范围扩展到较低的DM质量。对于质量为0.4-5 GeV/c $^{2}$的DM粒子，对四种不同类型的介体进行了自旋无关的DM-核子散射的约束.在最后332天的数据采集之前，探测器的条件发生了显着变化。电场以非平凡的非对称方式变化，这引发了对LUX探测器内部电场的全3D模型的需求。本文所述的这些电场的成功建模使得能够在整个科学计划中彻底理解检测器，并增强其对DM的灵敏度。LUX-ZEPLIN（LZ）实验是下一代氙探测器，即将开始寻找DM。然而，越来越大的稀有液体探测器，如LZ，正面临着高电压（HV）应用的挑战。劳伦斯伯克利国家实验室的氙击穿装置（XeBrA）是为了表征液态氙和液态氩的高压行为而建造的。XeBrA的结果不仅有助于提高我们对击穿过程中所涉及的物理过程的理解，而且还可以为贵液探测器工程的未来提供信息。
2019-04-18 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Improving the potential of BDF@SPS to search for new physics with liquid argon time projection chambers
本研究针对SPS束流倾倒实验，提出加装液氩时间投影室探测器以提升长寿命粒子等新物理的探测能力，探索了重中性轻子双簇射、非弹性轻暗物质、毫荷电粒子等独特信号的搜寻潜力。
2024-03-07 hep-ph physics.ins-det
Study of nuclear recoils in liquid argon with monoenergetic neutrons
为了发展液态氩暗物质探测器，我们在实验室里组装了一个装置，将中子散射到一个小的液态氩靶上。中子通过氘等离子体中的核聚变以单能量（E_kin=2.45 MeV）产生，并被准直到以单相模式（零电场）操作的3”液氩池上。有机液体稀释器用于标记散射中子并提供飞行时间测量。该装置的设计是为了研究光脉冲的形状和闪烁产额从核和电子反冲，以及从α粒子在工作点有关的暗物质搜索。液氩提供了可能性，以审查闪烁收益在贵液体相对于人口的两个基本准分子状态。在这里，我们介绍了此类研究的实验方法和最近数据的初步结果。
2012-03-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Theia: A multi-purpose water-based liquid scintillator detector
最近在液体闪烁体化学和快速定时光电传感器领域的发展为能够解决广泛的物理问题的新一代大型探测器铺平了道路。水基液体闪烁体是一种新型的探测介质，它结合了纯水的低衰减、精确方向重建、低成本等优点和液体闪烁体的高光产额、低探测阈值等优点。当与高效率，快速定时的光电传感器，如大面积皮秒光电探测器相结合时，水基液体闪烁体在中微子物理和BSM研究中表现出巨大的潜力。Theia是一个50千吨级多用途中微子探测器，旨在联合部署这两种技术，以实现其物理计划目标，包括确定中微子质量等级和轻子部分的CP破坏阶段，探测太阳中微子，反应堆中微子和超新星中微子，以及寻找无中微子的双β衰变和质子衰变。
2018-09-17 hep-ex physics.ins-det
Design and operation of ARGONTUBE: a 5 m long drift liquid argon TPC
液态氩时间投影室（LArTPC）是未来大质量中微子观测站和质子衰变研究的主要探测器。在本文中，我们提出的设计和操作，以及实验结果ARGontube，LArTPC正在运行的AEC-LHEP，伯尔尼大学。该探测器的主要目标是证明在液氩中长距离电荷漂移的可行性。LArTPC技术的许多其他方面也进行了研究，如电压倍增器，以产生高电压的液氩（格雷纳赫电路），低温净化系统和应用的多光子电离液氩的紫外激光。第一次观测和研究了由宇宙μ子和紫外激光束脉冲引起的轨迹，漂移距离可达5米，这是迄今为止达到的最长距离。
2013-05-31 hep-ex physics.ins-det
Characterization of alpha and beta interactions in liquid xenon
基于液体氙的探测器在稀有事件搜索中获得了很高的灵敏度。精确的知识的闪烁和电离响应的介质是必不可少的正确建模不同的相互作用类型的检测器，包括信号和背景一样的。在海德堡氙（Heidelberg Xenon）双相氙TPC中研究了液态氙对低能电子和α粒子的响应。我们确定的光和电荷的信号产量为千电子伏能量的电子和兆电子伏能量的α粒子，以及电子漂移速度为7.5和1640 V/cm之间的电漂移场。使用COMSOL Multiphysics（R）进行三维模拟，以表征所施加的漂移场及其均匀性。
2022-04-27 hep-ex physics.ins-det
Simultaneous measurement of the light and charge response of liquid xenon to low-energy nuclear recoils at multiple electric fields
双相液体氙（LXe）探测器引领了对粒子暗物质的直接搜索。了解Lion中核反冲的信号产生过程对于解释基于Lion的暗物质搜索至关重要。到目前为止，只有两个实验同时测量了不同电场下的光和电荷产额，这两个实验都没有试图评估导致光和电荷产生的过程。在这封信中，从液体氙的中子校准与同时光和电荷检测的结果，从3-74千电子伏的能量，在电场为0.19，0.49，和1.02千伏/厘米。没有观察到显着的字段依赖性的产量。
2018-11-05 hep-ex physics.ins-det
Neutral bremsstrahlung electroluminescence in noble liquids
比例电致发光（EL）是用于两相暗物质探测器的物理效应，用于在气相中光学记录由液相中的粒子散射产生的电离信号。在我们以前的工作中，存在一种新的EL机制，即中性韧致辐射（NBrS）在惰性气体中，被证明在理论上和实验上，除了普通的EL机制，由于激基缔合物发射。在这项工作中，我们表明，类似的理论方法可以适用于稀有液体，即液态氦，氖，氩，氪和氙。特别是，光子产额和光谱的NBrS EL在稀有液体中首次被计算，使用的电子能量和输运参数的框架中得到的Cohen-Lekner和Atrazhev理论。讨论了所获得的结果与发展用于暗物质搜索和中微子实验的贵金属液体探测器的相关性。
2021-12-03 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Temperature dependence of alpha-induced scintillation in the 1,1,4,4-tetraphenyl-1,3-butadiene wavelength shifter
基于液体贵金属的粒子探测器通常使用有机波长移位器1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯（TPB），其将UV闪烁光移位到可见区域，促进其探测，但其也可以自行移位。基于这种类型的探测器的暗物质搜索通常依赖于用于背景减轻的脉冲形状鉴别（PSD）。因此，α引起的闪烁代表了暗物质搜索中可能的背景源。这种闪烁的定时特性决定了是否可以通过PSD减轻这种背景。因此，我们的特点是脉冲形状和光产额的α诱导TPB闪烁的温度范围从300 K到4 K，特别注意到液体惰性气体的温度。我们发现，脉冲形状和光产额强烈依赖于温度。此外，显着的贡献长时间常数以上~50 K提供了一个途径TPB的α衰变事件和惰性液体探测器中的核反冲事件之间的歧视。
2016-06-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Electron train backgrounds in liquid xenon dark matter search detectors are indeed due to thermalization and trapping
从液态氙到气态氙的电子发射是ZEPLIN、XENON、LUX和LZ等暗物质搜索探测器的基石。发射的概率是所施加的电场E的函数，并且先前假设未能从液体进入气体的电子被热化并被捕获。本文首次展示了电子发射模型与现有数据之间的定量一致性。该模型预测，液体中的电子必须越过一个典型的势垒φ_b=0.34 ± 0.01eV才能逃逸到气体中。该值是比先前计算或推断的值小约x2的因子。知道了phi_b，就可以计算出热化俘获电子的寿命。该值为O（10）ms，这似乎是兼容的电子训练背景的XENON 10观测。由于这些背景限制了暗扇区暗物质搜索的灵敏度，因此讨论了可能的缓解措施。
2017-02-15 astro-ph.IM 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
Status and New Ideas Regarding Liquid Argon Detectors
目前正在考虑将大型（高达$\sim 100$ kt）液氩时间投影室探测器用于质子衰变研究和中微子天体物理学，以及用于下一代长基线中微子振荡实验的远探测器，这些实验的目的是确定中微子质量等级和在轻子部分寻找CP破坏。这些探测器依赖于在超高纯度条件下（可能在地下环境中）组装大量LAr的能力，以及实现电离电荷相对较长漂移的能力。已经提出了几种建议，每种建议对低温容器的设计采取不同的方法，并具有不同的模块化尺度，以达到物理学规定的最终质量。新的探测器概念，与创新的读出电子设计和新的方法读出的电离电荷和闪烁光，已被提出。
2013-07-26 hep-ex physics.ins-det
Measurement of Charge and Light Yields for $^{127}$Xe L-Shell Electron Captures in Liquid Xenon
使用双相氙时间投影室（LXe-TPC）的暗物质搜索依赖于它们在搜索信号样核反冲（NR）时拒绝背景电子反冲（ER）的能力。ER响应通常使用$β$ -衰变源（如氚）进行校准，但这些校准并不表征伴随原子空位的事件，如太阳中微子散射内壳层电子。这样的事件导致X射线和俄歇电子的发射，导致更高的电子-离子复合，从而比从$β$ -衰变校准推断的更像NR的响应。我们提出了一个交叉校准的氚$β$ -衰变和$^{127}$的电子捕获衰变（产生内壳层的空缺）在一个小规模的LXe-TPC，并给出了最精确的测量日期的光和电荷产额的$^{127}$的电子捕获在液体氙。我们观察到一个6.9 $σ$（9.2 $σ$）的差异，在L-壳层的捕获响应相对于氚$β$ -衰变，测量的漂移场为363 $\pm$ 14 V/cm（258 $\pm$ 13 V/cm），当与模拟调整，以重现正确的$β$ -衰变响应。在暗物质搜索中，使用忽略这一效应的背景模型会导致仅背景数千吨年照射量的过度覆盖（上限），但其水平远低于90\%C. L.的1- $σ$实验间变化。50 GeV/ $c^2$暗物质粒子相互作用速率的上限。
2021-12-14 hep-ex physics.ins-det
Measurement of cosmic-ray muon spallation products in a xenon-loaded liquid scintillator with KamLAND
宇宙射线μ子在穿过物质时会产生各种放射性同位素。这些光谱产物可以作为稀有事件搜索的背景，例如太阳中微子、双β衰变和暗物质搜索实验。KamLAND-Zen实验在745 kg氙的液体闪烁体中寻找无中微子双β衰变。该实验包括无死时间的电子学，具有高效率的探测μ子诱导的中子。采用延迟符合技术、新发展的μ子重建和氙谱鉴别方法相结合的方法，测量了不同放射性同位素的产额。观测到的氙散射产物与FLUKA和Geant 4模拟程序的结果一致。
2023-01-23 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Prospects for SIMPLE 2000: A large-mass, low-background Superheated Droplet Detector for WIMP searches
SIMPLE 2000（用于大质量粒子搜索的过热仪器）将包括一个由8至16个大活性质量（$\sim15$ g）过热液滴探测器组成的阵列，将安装在Rustrel Pays d 'Apt的新地下实验室中。有几个因素使SDD成为检测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的有吸引力的方法，即它们对最小电离粒子的固有不敏感性、高氟含量、低成本和在环境压力和温度附近操作。我们在这里评论的制造，校准和已经竞争的第一个限制从简单的原型喷雾干燥器，以及预期立即增加的灵敏度的计划，其目的是在2000年期间的接触$>$ 25千克-天。中等质量的富氟探测器的能力，探索区域的中性伴子参数空间超出了最雄心勃勃的低温项目的范围。
2000-05-03 astro-ph cond-mat.soft hep-ex
