SNOLAB的DEAP-3600暗物质搜索

DEAP-3600实验的现场表面污染物去除和冷却过程

In-situ Surface Contamination Removal and Cool-down Process of the DEAP-3600 Experiment

DEAP-3600实验是一个单相探测器，使用3600公斤液态氩在加拿大萨德伯里的SNOLAB寻找暗物质。地下对于100 GeV的WIMP质量，对自旋无关的WIMP-核子截面的投影灵敏度为$10^{-46}$ cm $^{2}$。一个关键的实验要求是减少任何可能模仿暗物质信号的背景源。本文将回顾如何通过使用表面修整机器人从探测器的最内部去除500微米的丙烯酸来原位减少放射性表面背景。此外，它将审查瞬态冷却过程的实验，必要的，以达到低温工作温度。

在SNOLAB用氩进行的DEAP-3600暗物质搜索的第一个结果

First results from the DEAP-3600 dark matter search with argon at SNOLAB

本文报道了用DEAP-3600单相液氩（LAr）探测器直接搜索暗物质的第一批结果。实验在SNOLAB（Sudbury，Canada）地下2公里处进行，使用大靶质量，LAr靶包含在3600 kg容量的球形丙烯酸容器中。LAr由光电倍增管阵列观察，光电倍增管阵列将记录由暗物质粒子散射引起的罕见核反冲信号产生的闪烁光。对在初始填充阶段期间用几乎满的探测器采集的4.44个存活日（基准暴露量为9.87吨-日）的数据的分析表明，在氩气中使用脉冲形状辨别的探测器性能和最佳电子反冲抑制，具有泄漏$<1.2\times 10^{-7}$（90% C.L.）在16和33 keV之间的$_{ee}$。没有观察到候选信号事件，这导致了氩上WIMP-核子自旋无关截面的领先极限，对于100 GeV/c $^2$质量（90% C. L.）的$<1.2\times 10^{-44}$ cm $^2$。

DEAP-3600暗物质实验中利用光子计时的位置重建

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。

DEAP-3600暗物质搜索

DEAP-3600 Dark Matter Search

DEAP-3600实验位于安大略省萨德伯里的SNOLAB地下2公里处。它是一个单相探测器，在1000公斤的基准质量液态氩靶内搜索暗物质粒子的相互作用。第一代原型探测器（DEAP-1）具有7公斤液态氩靶质量，显示出高水平的脉冲形状鉴别（PSD），可减少$β$ / $γ$背景，并有助于开发低放射性技术，以减少与表面相关的$α$背景。DEAP-3600探测器的建造已接近完成，将于2014年开始试运行。弱相互作用大质量粒子（WIMP）在10 $^{-46}$ cm $^2$核子上的自旋无关散射的目标灵敏度将允许在100 GeV WIMP质量下比当前搜索的灵敏度提高一个数量级。本文介绍了DEAP-3600项目的概况和现状，并讨论了未来多吨级实验DEAP-50 T的计划。

DEAP-1液氩基暗物质探测器中的氡本底

Radon backgrounds in the DEAP-1 liquid-argon-based Dark Matter detector

DEAP-1 \SI{7}{kg}单相液氩闪烁探测器在SNOLAB地下运行，以测试技术和测量单相探测固有的背景，以支持\mbox{DEAP-3600}暗物质探测器。通过材料选择、构造技术、脉冲形状识别和同相轴重建来控制DEAP中的背景。本报告详细分析了在DEAP-1探测器的三次迭代中观察到的背景事件，以及为减少这些事件而采取的措施。测得$^{222}$ Rn在液氩中的衰变率在16和\SI{26}{\micro\becquerel\per\kilogram}之间。我们发现，在DEAP-1探测器中用于暗物质探测的感兴趣区域附近的背景光谱可以通过考虑来自三个源的事件来描述：氡子体在活性体积的表面上衰减，由于脉冲形状辨别的效率低下而将电磁事件的预期速率误认为核反冲，以及由于不完美的位置重建而导致事件从基准体积外部泄漏。这些背景在统计上解释了所有观测到的事件，并且由于其更高的光输出和更简单的几何结构，它们将在DEAP-3600探测器中大大减少。

在SNOLAB进行的DAMIC实验

The DAMIC experiment at SNOLAB

SNOLAB地下实验室的DAMIC（CCD中的暗物质）实验使用完全耗尽的高电阻率CCD来搜索质量低于10 GeV/c $^2$的暗物质粒子。2017年2月，使用7个16 Mpixel CCD（40 g质量）阵列的探测器升级开始运行。新的结果，获得与当前的探测器配置，将被提交。DAMIC-M的未来计划，总质量为1公斤，电离阈值为2个电子，将被讨论。

SuperCDMS SNOLAB低质量探测器：用于Sub-GeV暗物质搜寻的超灵敏声子量热计

SuperCDMS SNOLAB Low-Mass Detectors: Ultra-Sensitive Phonon Calorimeters for a Sub-GeV Dark Matter Search

我们提出了SuperCDMS高电压，低质量暗物质探测器的技术设计，旨在敏感的暗物质下降到300 MeV/ $c^2$的质量和解决个别电子空穴对从低能量散射事件在高纯度的Ge和Si晶体。在本文中，我们讨论了一些研究和技术改进，使我们能够设计这样一个敏感的探测器，包括声子传感器的设计和探测器模拟的进展。通过这种设计，我们期望在我们的Ge（Si）探测器中实现优于10 eV（5 eV）的声子能量分辨率，并且通过利用Luke-Neganov声子产生在高场中加速的电荷来实现低于1 eV的反冲能量分辨率。

加拿大安大略省萨德伯里SNOLAB地下实验室的环境剂量与剂量率测量

Ambient Dose and Dose Rate Measurement in SNOLAB Underground Laboratory at Sudbury, Ontario, Canada

本文介绍了一种使用热释光剂量计（TLDs）等被动探测器测量SNOLAB地下设施超低水平环境剂量当量率的系统，表征了暗物质搜索实验水屏蔽体周围的辐射背景，证明TLDs能提供可靠结果。

DEAP-3600暗物质探测器的设计与建造

Design and Construction of the DEAP-3600 Dark Matter Detector

利用氩脉冲形状鉴别（DEAP）的暗物质实验是为了使用单相液态氩靶直接探测粒子暗物质而设计的。对于100 GeV/ $c^2$质量的弱相互作用大质量粒子（WIMP）在核子上的自旋无关散射，DEAP-3600的投影截面灵敏度为$10^{-46}~\rm{cm}^{2}$，基准曝光量为3吨-年。本文介绍了DEAP-3600探测器的物理性能和结构。

在SNOLAB的DAMIC实验的0.6 kg日暴露中搜索低质量WIMP

Search for low-mass WIMPs in a 0.6 kg day exposure of the DAMIC experiment at SNOLAB

我们目前的结果进行了暗物质搜索与0.6公斤日曝光的DAMIC实验在SNOLAB地下实验室。我们测量的能谱的电离事件在体硅的电荷耦合器件下降到60 eV的电子当量的信号。这些数据与辐射背景一致，并相应地对自旋无关的WIMP-核子弹性散射截面进行了约束。一个区域的参数空间相关的潜在信号从CDMS-II硅实验被排除使用相同的目标为第一次。这一结果表明，在有限的曝光量下获得的潜力，探索低质量的WIMP区域（<10 GeV/ $c^{2}$）的即将到来的DAMIC 100，目前正在安装在SNOLAB的100 g探测器。

在SuperCDMS SNOLAB设施中使用低温探测器进行低质量暗物质搜索的策略

A Strategy for Low-Mass Dark Matter Searches with Cryogenic Detectors in the SuperCDMS SNOLAB Facility

SuperCDMS合作组提出基于经验的探测器升级方案及新技术方向，利用低温探测器在SNOLAB设施扩展低质量暗物质搜索，覆盖更广质量范围并触及中微子雾，同时通过提升探测器性能避免大幅降低背景水平，节省成本与时间。

DEAP-3600暗物质探测器中的电磁背景和钾-42活度

Electromagnetic Backgrounds and Potassium-42 Activity in the DEAP-3600 Dark Matter Detector

DEAP-3600实验正在用位于SNOLAB地下2.1公里处的3.3吨单相液氩（LAr）靶寻找WIMP暗物质。暗物质相互作用的实验特征是由光电倍增管观察到的keV级$^{40}$ Ar核反冲（NR）产生128 nm LAr闪烁光子。DEAP-3600中最大的本底是由$β$和$γ$引起的电子反冲（ER）--源自探测器材料内部和外部放射性的射线。在DEAP-3600的ER相互作用的背景模型的开发和描述在这项工作中。该模型是基于几个组件，预计从LAr的放射性同位素，从非原位材料分析测量，并从专门的独立原位分析。该先验信息用于ER分量与247.2 d数据集的贝叶斯拟合，以模拟周围检测器材料中的放射性。虽然ER和NR之间的良好区分是通过脉冲形状区分来实现的，但是利用LAr闪烁光的快分量和慢分量之间的巨大差异、ER背景的详细知识和探测器组件的活性，对探测器中的其他关键类型的背景（中子和α）设置了有价值的约束。此外，通过测量$^{42}$ K的子体衰变来确定DEAP-3600中LAr中$^{42}$ Ar的活性。这种宇宙成因激活的痕量同位素是使用大气氩进行其他稀有事件搜索的相关背景，例如DarkSide-20 k，GERDA或LEGEND。发现大气中$^{42}$ Ar的比活度为$40.4 \pm 5.9$ $μ$ Bq/kg Ar。

Modane CCD中的暗物质（DAMIC-M）：寻找低能物理过程的硅探测器装置

Dark Matter in CCDs at Modane (DAMIC-M): a silicon detector apparatus searching for low-energy physics processes

CCD中的暗物质（DAMIC）是一种硅探测器装置，主要用于使用电荷耦合器件（CCD）的硅块作为目标来搜索低质量的暗物质。每个CCD内的硅靶为\SI{675}{\micro\meter}厚，其顶面被划分为超过1600万个\SI{15}{\micro\meter} $\times$ \SI{15}{\micro\meter}像素。DAMIC合作已经在SNOLAB安装了许多这样的CCD。截至2019年，SNOLAB的DAMIC已达到漏电流小于\SI{8.2e-22}{\ampere\per\centi\meter\squared}和读出噪声为\SI{1.6}{\electron}的工作条件，使用5个CCD实现。一个新的DAMIC设备将在几年内安装在Modane的Souterrain。Modane的DAMIC（DAMIC-M）合作将使用劳伦斯伯克利国家实验室设计的改进版CCD，其skipper放大器使用多重采样的非破坏性读出，使CCD能够实现\SI{0.068}{\electron}的读出噪声。低读出噪声，结合这些跳跃CCD的低漏电流，将允许DAMIC-M观察碰撞能量低至\SI{1}{\electronvolt}的物理过程。DAMIC-M实验将由50个大面积的skipper CCD阵列组成，每个CCD的像素超过3600万。下面将介绍SNOLAB的DAMIC装置及其结果，以及新的DAMIC-…

用DEAP-1测量液态氩中低能β和核反冲的闪烁时间谱和脉冲形状分辨

Measurement of the scintillation time spectra and pulse-shape discrimination of low-energy beta and nuclear recoils in liquid argon with DEAP-1

DEAP-1低本底液氩探测器被用来测量闪烁脉冲形状的电子和核反冲事件，并证明了脉冲形状歧视（PSD）的可行性下降到20 keV的电子当量能量。在使用三重符合标签的表面数据集中，我们发现被错误识别为核反冲的β事件的分数为$<1.4\times 10^{-7}$（90% C.L.）对于43-86 keVee之间的能量和至少90%的核反冲接受度，在绝对能量标度上具有4%的系统不确定性。在表面上的鉴别测量受到宇宙线产生的中子引起的核反冲的限制。通过将探测器移动到SNOLAB地下实验室，在那里降低的背景速率允许仅用双符合标签进行相同的测量，从而改善了这一点。组合数据集包含$1.23\times10^8$事件。其中之一，在地下数据集中，是在核反冲感兴趣的区域。考虑到来自随机堆积的0.48个事件的预期背景，电子反冲污染的所得上限为$<2.7\times10^{-8}$（90% C.L.）在44-89 keVee之间，并且对于至少90%的核反冲接受度，在绝对能量标度上具有6%的系统不确定性。我们开发了一个通用的数学框架来描述PSD参数分布，并用它来建立一个分析模型，在DEAP-1中观察到的分布。使用这个模型，我们项目的错误识别分数约。$10^{-10}$，对于具有8 PE/keVee光产额的检测器，电子等效能量阈值为15 keV。这一减少使得能够搜索自旋无关散射的WIMP从1000公斤的液体氩的W…

NEWS-G光暗物质搜索实验SPC单电子响应的精确laser基测量

Precision laser-based measurements of the single electron response of SPCs for the NEWS-G light dark matter search experiment

球形正比计数器（SPC）是NEWS-G低质量暗物质搜寻实验中采用的一种新型气体探测器技术，它对电离产生的单电子具有很高的灵敏度。在本文中，我们报告的第一个表征的单电子响应的SPC前所未有的精度，使用紫外激光校准系统。的实验方法和分析方法，以及各种直接的应用程序，为即将到来的下一阶段的实验在SNOLAB。其中包括连续监测探测器的响应和电子漂移特性在暗物质搜索运行，以及触发阈值效率的实验测量。我们测量的平均电离能$\mathrm{W}=27.6\pm0.2~\mathrm{eV}$在$\mathrm{Ne + CH_4}$ $(2\%)$为2.8千电子伏的X射线，并证明了在亚千电子伏的能量进行类似的精度测量的可行性，用于未来的气体混合物在SNOLAB的暗物质搜索。

DAMIC：一个新的暗物质实验

DAMIC: a novel dark matter experiment

DAMIC（暗物质in CCD）是一种新型的暗物质实验，对质量低于10 GeV的暗物质粒子具有独特的灵敏度。由于其低电子读出噪声（R.M.S.）~3 e-）这台仪器能够达到0. 5 keV核反冲能以下的探测阈值，使寻找低质量的暗物质粒子成为可能。我们报告从2012年12月开始在SNOLAB运行的探测器获得的早期结果和经验。我们还讨论了测量和预期的背景，并提出了未来的探测器将在2014年安装的计划。

在CCD暗物质探测器中测量sub-keV硅核反冲产生的电离

Measurement of the ionization produced by sub-keV silicon nuclear recoils in a CCD dark matter detector

本文报道了用电荷耦合器件（CCD）测量硅原子核在体硅中以亚keV动能反冲的电离效率。核反冲是由来自$^{124}$ Sb-$^{9}$ Be光中子源的低能中子（$<$ 24 keV）产生的，并且它们的电离信号被测量为低至60 eV电子当量。这个能量范围，以前未被探索过，与低质量暗物质粒子的探测有关。测量的效率被发现偏离外推到低能量的Lindhard模型。这一测量也证明了位于SNOLAB地下实验室的暗物质直接探测实验DAMIC所采用的CCD对核反冲的敏感性。

用于自旋相关暗物质搜索的PICASSO实验的现状

Status of the PICASSO experiment for spin-dependent Dark Matter searches

PICASSO项目正在使用C $_4$ F $_{10}$的过热液滴直接探测{ \it自旋相关}（SD）扇区中的暗物质候选者。整个装置包括安装在SNOLAB地下实验室（Sudbury，安大略省，加拿大）的32个探测器。随着对探测器净化的集中努力和新的鉴别工具的出现，毕加索在2009年6月的\cite{publi2009}上发表了具有竞争力的结果，并成为直接搜索暗物质的SD领域的领先实验。目前的灵敏度水平是在90% C. L质子上的0.16 pb。（M $_W$ = 24 GeV/c $^2$）。其余的探测器现在正在进行分析，实验性的搜索仍在继续，以进一步提高极限或希望发现暗物质的信号。将介绍实验的现状和正在进行的分析。

在LSM进行的NEWS-G直接暗物质搜索实验的第一批结果

First results from the NEWS-G direct dark matter search experiment at the LSM

球-气体新实验（NEWS-G）是一个直接的暗物质探测实验，使用球形正比计数器（SPC）和轻惰性气体来寻找低质量的弱相互作用大质量粒子（WIMP）。我们报告了使用SEDINE（直径60 cm的原型SPC，在3.1 bar下使用$\mathrm{Ne}+\mathrm{CH}_{4}$（0.7%）的混合物进行操作，总暴露量为$9.7\;\mathrm{kg\cdot days}$）在Modane南部露天矿（LSM）进行的第一次物理运行的结果。在亚$\mathrm{GeV/c^2}$质量区对自旋无关的WIMP-核子散射截面设置了新的约束。我们在90%置信水平（C.L.）下排除了高于$4.4 \times \mathrm{10^{-37}\;cm^2}$的横截面。0.5 $\mathrm{GeV/c^2}$ WIMP。使用SEDINE获得的具有竞争力的结果对于NEWS-G实验的下一阶段是有希望的：一个直径为140 cm的SPC将于2018年夏天安装在SNOLAB。

用4.5吨-年的DEAP-3600数据鉴别液态氩中低能Ar-39 β衰变的脉冲形状

Pulseshape discrimination against low-energy Ar-39 beta decays in liquid argon with 4.5 tonne-years of DEAP-3600 data

DEAP-3600探测器搜索3.3吨液态氩靶上散射的暗物质粒子的闪烁信号。最大的背景来自$^{39}$ Ar β衰变，并使用脉冲形状鉴别（PSD）来抑制。我们使用了两种类型的PSD算法：的闪烁分数，它认为在一个狭窄的和宽的时间窗口周围的事件峰值的闪烁信号的分数，和对数似然比，它比较观察到的光子到达时间的信号和背景模型。我们还使用两种算法来确定在给定时间检测到的光子数：（1）简单地将每个PMT脉冲的电荷除以单个光电子的电荷，以及（2）基于闪烁脉冲形状和光检测器中的后脉冲的模型，考虑在给定时间检测到一定数量的光子的概率的可能性分析。如果光子探测时间不受探测器效应的影响，则该分数近似地执行对数似然比PSD算法。我们解释了这一结果使用的闪烁光子作为一个函数的时间时，他们被检测到的信息模型。

DAMIC直接暗物质搜索实验的现状

Status of the DAMIC direct dark matter search experiment

DAMIC实验使用完全耗尽的高电阻率CCD来寻找暗物质粒子。DAMIC CCD的能量阈值$\sim$为50 eV $_{ee}$，具有出色的能量和空间分辨率，非常适合识别和抑制放射性背景，对质量为$<$ 6 GeV/ $c^2$的WIMP具有无与伦比的灵敏度。早期的结果促使了100 g探测器DAMIC 100的建造，目前正在安装在SNOLAB。这篇文章讨论了安装进度，阈值附近的新校准工作，2014年数据的初步结果，以及一年数据采集后物理结果的前景。

CDMSlite的低能背景谱

Low Energy Background Spectrum in CDMSlite

暗物质直接探测的一个趋势是开发降低实验阈值并实现对轻质量暗物质粒子的灵敏度的技术。在这样做时，有必要了解主要背景成分的低能谱。Geant 4有许多专门的低能物理过程，可以在模拟实验几何时实现。为了理解超低温暗物质搜索（SuperCDMS）的低能量区域，已经模拟了各种这些模型，并与理论计算和SuperCDMS校准数据进行了比较。大部分低能过程都包括了对原子结构的更完整描述，使我们在模拟中观察到康普顿台阶现象。这种低能背景建模的一个重要应用是SuperCDMS低电离阈值实验（CDMSlite）。CDMSlite在寻找低质量弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质方面达到了世界领先的灵敏度。使用Neganov-Trofinov-Luke声子放大，CDMSlite实现了电子反冲的阈值小于60 eV。CDMSlite-Soudan数据的暗物质灵敏度可以通过理解和模拟实验背景来提高。开发用于创建低能背景模型的机器也将有助于未来的SuperCDMS-SNOLAB实验，该实验将在CDMSlite模式下运行多个高压探测器。

DAMIC暗物质实验

The DAMIC dark matter experiment

DAMIC（CCD中的暗物质）实验使用高电阻率的科学级CCD来搜索暗物质。CCD的低电子噪声允许一个前所未有的低能量阈值的几十eV，使其能够检测硅反冲产生的相互作用的低质量WIMP。此外，CCD的高空间分辨率和优异的能量响应导致非常有效的背景识别技术。该实验对质量低于10 GeV/c $^2$的暗物质粒子具有独特的灵敏度。以前的结果已经证明了这项技术的潜力，推动了DAMIC 100的建设，这是一个100克的硅目标探测器，目前正在安装在SNOLAB。在这篇文章中，将讨论CCD的操作模式和独特的成像能力，以及如何利用它们来表征和抑制背景，以及一年的数据采集后的物理结果。

MiniCLEAN暗物质实验的最新进展

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。

Snowmass 2021 Scintillating Bubble Chambers: Liquid-noble Bubble Chambers for Dark Matter and CE$ν$NS Detection

The Scintillating Bubble Chamber (SBC) Collaboration is developing liquid-noble bubble chambers for the quasi-background-free detection of low-mass (GeV-scale) dark matter and coherent scattering of low-energy (MeV-scale) neutrinos (CE$ν$NS). The first physics-scale demonstrator of this technique, a 10-kg liquid argon bubble chamber dubbed SBC-LAr10, is now being commissioned at Fermilab. This device will calibrate the background discrimination power and sensitivity of superheated argon to nuclear recoils at energies down to 100 eV. A second functionally-identical detector with a focus on radi…

Sources of Low-Energy Events in Low-Threshold Dark Matter and Neutrino Detectors

We discuss several low-energy backgrounds to sub-GeV dark matter searches, which arise from high-energy particles of cosmic or radioactive origin that interact with detector materials. We focus in particular on Cherenkov radiation, transition radiation, and luminescence or phonons from electron-hole pair recombination, and show that these processes are an important source of backgrounds at both current and planned detectors. We perform detailed analyses of these backgrounds at several existing and proposed experiments based on a wide variety of detection strategies and levels of shielding. We …

用贝叶斯技术改进闪烁探测器中的光电子计数和粒子识别

Improving Photoelectron Counting and Particle Identification in Scintillation Detectors with Bayesian Techniques

目前和未来的许多暗物质和中微子探测器都是用大阵列的光电倍增管（PMT）来测量闪烁光的。这些探测器的能量分辨率和粒子识别能力部分取决于准确识别PMT波形中的单个光电子的能力，尽管脉冲幅度和脉冲堆积存在很大的变化。我们描述了一种贝叶斯技术，可以识别单个光电子在采样的PMT波形的时间没有去卷积，即使堆积存在。为了证明该技术，我们将其应用到单相液氩暗物质探测器的粒子识别的一般问题。使用本文所描述的贝叶斯光电子计数算法的输出，我们构建了几个测试统计量拒绝在氩气中的暗物质搜索的背景。与基于观测电荷或峰值发现的简单方法相比，光电子计数技术提高了DEAP-1探测器校准数据中低能事件的能量分辨率和粒子识别，并模拟了较大的MiniCLEAN暗物质探测器。