Direct measurement of neutrons induced in lead by cosmic muons at a shallow underground site
用掺钆液体闪烁探测器研究了宇宙μ子在铅中的中子产生。该探测器安装在μ子感应中子间接探测实验（MINIDEX）旁边，该实验永久位于图宾根浅层地下实验室，平均μ子能量约为7 GeV。MINIDEX塑料闪烁体被用来标记μ子;中子通过液体闪烁体探测器中的中子捕获和中子诱导的核反冲信号来探测。观测到的中子捕获率和核反冲的结果，并从GEANT 4 -9.6和GEANT 4 -10.3的预测进行比较。两种版本GEANT 4的预测发生率均明显过低。对于中子俘获事件，观测结果分别超出GEANT 4 -9.6和GEANT 4 -10.3的预测值$ 1.65\,\pm\,0.02\,\textrm{(stat.)}\,\pm\,0.07\,\textrm{(syst.)} $和$ 2.58\,\pm\,0.03\,\textrm{(stat.)}\,\pm\,0.11\,\textrm{(syst.)} $。对于中子核反冲事件，其需要大约5 MeV以上的中子能量，因子甚至更大，分别为$ 2.22\,\pm\,0.05\,\textrm{(stat.)}\,\pm\,0.25\,\textrm{(syst.)} $和$ 3.76\,\pm\,0.09\,\textrm{(stat.)}\,\pm\,0.41\,\textrm{(syst.)} $。还介绍了第一次统计学上显着的测量中子的光谱引起的宇宙μ子在…
2018-05-08 hep-ex physics.ins-det
Underground physics without underground labs: large detectors in solution-mined salt caverns
当前的一些物理学课题，包括长基线中微子物理学、质子衰变搜索和超新星中微子搜索，都希望有一天能在屏蔽的地下场所建造巨大的（50千吨到百万吨）粒子探测器。在今天的实践中，这需要昂贵的挖掘和稳定矿井中的大房间。在本文中，我们建议利用溶采盐所产生的洞穴。挑战在于，这些洞穴必须充满加压流体，并且不允许人类进入。我们勾勒出一些可能的方法，在盐穴中安装熟悉的探测器技术，在这些限制。所讨论的一些探测器也适用于深海实验，对此作了简要讨论。这些草图看起来具有挑战性，但可行，似乎对探测器的能力没有什么重大影响。该方案为未来探测器大型项目节省大量成本提供了途径。
2014-09-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Cosmogenic Muon Background Characterization for the Colorado Underground Research Institute (CURIE)
本研究表征了科罗拉多地下研究所（CURIE）的宇宙成因缪子本底，测量了两个地点的通量，验证了模拟框架，并提出了新的深度-强度关系，证明该设施适合低本底实验。
2024-11-03 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Seismic noise study in the underground Baksan Neutrino Observatory
本文报道了在巴克桑中微子地下观测站测量的地震噪声的研究。低于1 $Hz$的主要频谱特征是海洋微震，而对于更高频率，测量的水平和垂直加速度接近Peterson低噪声模型。使用两个同步地震仪，我们还研究了位于$0.3km$，$1.4km$和$3.7km$从隧道入口的三个地下站之间的微震带（$0.1-0.5Hz$）的相干性。最后，我们的测量的基础上，我们评估牛顿噪声限制在这个网站上使用Saulson的模型。
2022-01-25 physics.geo-ph physics.ins-det
The LAGUNA design study- towards giant liquid based underground detectors for neutrino physics and astrophysics and proton decay searches
在欧洲建立下一代中微子观测站的可行性正在LAGUNA设计研究中加以考虑。为了容纳巨大的中微子探测器并使其免受宇宙射线的影响，需要一个新的非常大的地下基础设施。目前正在研究欧洲不同地区的七个潜在候选地点，这些地点距离欧洲核子研究中心有几个距离：博尔比（英国）、坎弗朗克（西班牙）、弗雷胡斯（法国/意大利）、皮哈萨尔米（芬兰）、波尔科维采-谢罗绍维采（波兰）、斯拉尼克（罗马尼亚）和翁布里亚（意大利）。设计研究的目的是在2010年夏季对每个场址进行全面和协调的技术评估，进行连贯的费用估算，并确定场址的优先次序。
2009-12-31 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Giant Liquid Argon Observatory for Proton Decay, Neutrino Astrophysics and CP-violation in the Lepton Sector (GLACIER)
GLACIER（Giant Liquid Argon Charge Imaging Experiment）是一个大型的地下观测站，主要用于质子衰变研究、中微子天体物理和轻子区的CP破坏研究。在FP7 LAGUNA项目（欧洲）内以及与KEK（日本）合作沿JPARC中微子束研究了可能的地下站点。这个概念可以扩展到非常大的质量。
2009-12-31 physics.ins-det
Background in $γ$-ray detectors and carbon beam tests in the Felsenkeller shallow-underground accelerator laboratory
天体物理辐射俘获反应的相关相互作用能非常低，远低于排斥库仑势垒。这导致了$γ$射线探测器的低横截面、低计数率，因此需要在放置在地下环境中的离子加速器上进行这样的实验，屏蔽宇宙射线。在这里，这种实验的可行性，在新的浅地下加速器实验室隧道八和九的Felsenkeller网站在德国德累斯顿，进行评估。为此，在三种不同类型的锗探测器，即Euroball/Miniball三重集群和两个大的单片探测器的无束背景，在26-66天的时间内进行了测量。宇宙射线诱导的背景被发现减少了500-2400倍，由以下因素的综合影响，第一，140米的水当量的覆盖层衰减宇宙μ子通量的40倍，第二，闪烁否决探测器门控出大部分剩余的μ子诱导的效果。将新的背景数据与地球表面和其他地下站点的相同探测器拍摄的光谱进行比较。随后，从安装在费尔森凯勒铯溅射离子源的束强度已超过几个小时的时间进行了研究。基于这里报道的背景和束强度数据，以$^{12}$ C（$α$，$γ$）$^{16}$ O反应为例，表明高灵敏度实验将是可能的。
2019-08-23 nucl-ex physics.ins-det
Status of ProtoDUNE Dual Phase
深层地下中微子实验是一个双站点实验，用于长基线中微子振荡研究，以及中微子天体物理学和核子衰变研究。DUNE将包括四个10千吨基准液氩时间投影室（LAr TPC）模块，放置在桑福德地下研究设施（美国南达科他州）。这些模块之一将受益于双相（DP）技术，其中电荷被提取，放大，并在液体表面上方的气态氩中检测，从而允许精细的读出间距，低能量阈值和事件的良好模式重建。为了获得建造和操作这种大规模DP LAr探测器的经验，CERN中微子平台目前正在组装原型。ProtoDUNE-DP探测器由6x6 x6 m3 LAr TPC组成，并于2019年夏季开始调试。
2019-10-22 hep-ex physics.ins-det
DUNE's low energy physics searches
DUNE实验通过建造液氩时间投影室等设施，精确测量中微子振荡参数，探测超新星和太阳中微子，并寻找超出标准模型的新物理现象。
2024-10-10 hep-ex physics.ins-det
Progress of the Felsenkeller shallow-underground accelerator for nuclear astrophysics
稳定离子束的低本底实验是将恒星氢、氦、碳燃烧模型建立在坚实实验基础上的重要工具。这方面的开创性工作是由格兰萨索的LUNA合作项目使用0.4 MV加速器完成的。在目前的贡献，该项目的地位，更高的能量地下加速器进行审查。位于德国德累斯顿的Felsenkeller地下场地的两条隧道目前正在翻新，以安装5 MV强流Pelletron加速器。建筑工程正按计划进行，预期于二零一七年八月竣工。该加速器将提供50 uA的1H+、4He+和12C+离子束，从而能够以前所未有的灵敏度研究与天体物理学相关的核反应。
2016-09-16 nucl-ex physics.ins-det
The new Felsenkeller 5 MV underground accelerator
核天体物理学领域致力于研究化学元素的创造。从本质上讲，它与太阳的物理学密切相关。氢燃烧的质子-质子循环中的核反应，包括3 He（α，γ）7 Be反应，提供了防止太阳引力坍缩所必需的核能，并产生了目前已被充分研究的pp、7 Be和8B太阳中微子。来自碳-氮-氧循环的13 N、15 O和17 F中微子的通量尚未测量，其速率受到14 N（p，γ）15 O反应的影响，而发射轮廓受到12 C（p，γ）13 N反应的影响。在恒星演化的后续阶段，氦燃烧的核合成输出由12 C（α，γ）16 O反应控制。为了正确解释现有的和即将到来的太阳中微子数据，需要精确的核物理信息。对于轻而稳定的原子核之间的核反应，最好的可行技术是在地下低背景环境中用小型离子加速器进行实验。这方面的开创性工作是由意大利格兰萨索的LUNA合作项目使用0.4 MV加速器完成的。本文件报告了一个更高的能量，5.0 MV，在德国德累斯顿的Felsenkeller地下网站的地下加速器。在德国德累斯顿的Felsenkeller地下实验站进行的γ射线、中子和μ子背景测量结果表明，背景条件满足核天体物理学的要求。该加速器正处于调试阶段，将提供高达50μA的1H+、4 He+和12 C+离子束，从而能够以前所未有的灵敏度研究与天体物理学相关的核反应。
2018-11-14 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
European Strategy for Accelerator-Based Neutrino Physics
大质量中微子揭示了超越标准模型的物理学，这可能对我们理解宇宙产生深远的影响。因此，他们的研究应在欧洲战略中得到最高优先地位。轻子CP破坏的发现和研究以及中微子味之间跃迁的精确研究需要高强度、高精度、长基线的加速器中微子实验。参与振荡实验的欧洲中微子物理学家社区足够强大，可以支持欧洲的一个主要中微子长基线项目，并提出雄心勃勃，具有竞争力和连贯性的愿景。根据2006年欧洲粒子物理学战略的建议，进行了两项互补的设计研究：LAGUNA/LBNO，侧重于深层地下探测器站点，和EUROnu，侧重于高强度中微子设施。LAGUNA LBNO建议，作为第一步，从CERN SPS北区中微子设施（NANF）发射一束常规中微子束CN2 PY，瞄准芬兰的Pyhasalmi矿。一个也可以位于欧洲核子研究中心北部地区的无菌中微子搜索实验已经提出（ICARUS-NESSIE），使用两个探测器的设置，允许一个明确的答案20岁的问题开放的LSND实验。EUROnu得出结论，一个10 GeV的中微子工厂，目标是一个磁化中微子探测器，也位于约2200公里（+-30%）的基线，将构成最终的中微子设施;它建议，在未来5年内专门用于研发，准备性实验和实施研究，考虑到下一次ESPP更新之前的建议。该计划的一致性和质量要求在CNGS之后继续在CERN进行中微子束，并要求CERN和成员国对实验和研发计划给予高度优先的支持。
2012-08-02 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
The European Spallation Source neutrino Super Beam
在2012年测量了一个相对较大的中微子混合角$θ_{13}$之后，现在第一次观察到轻子扇区中可能的CP破坏的大门已经打开。$θ_{13}$的测量值还允许第二振荡最大值而不是通常使用的第一最大值用于发现CP破坏。第二个振荡最大值处的灵敏度比第一个最大值高约三倍，系统误差的影响较低。要达到第二个振荡最大值，需要一个具有适当能量的非常强的中微子束。世界上最强的脉冲中子源--欧洲中子源将有一个5兆瓦功率和2千兆电子伏能量的质子直线加速器。这个直线加速器，正在建设中，也有可能成为世界上最强的中微子束的质子驱动器，以高概率发现中微子CP破坏。对该中微子超级束与安装在距ESS约500 km处的百万吨级地下水切伦科夫中微子探测器的物理性能进行了评价。此外，这种探测器的选择将使物理学计划扩展到质子衰变和天体物理学研究。介绍了ESS质子直线加速器的升级、质子脉冲压缩所需的储能环、靶站、远探测器和物理势。除了中微子外，该设施还将同时产生大量的μ子，这些μ子可用于低能中微子设施，用于无菌中微子搜索，未来的中微子工厂或μ子对撞机。ESS中子设施将在2023年完全准备就绪，届时中微子设施的升级可以开始。
2018-03-29 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Cryogenic R5912-20Mod Photomultiplier Tube Characterization for the ProtoDUNE Dual Phase Detector
深层地下中微子实验是一个双站点实验，用于长基线中微子振荡研究，以及中微子天体物理学和核子衰变研究。远探测器是一个40千吨的地下液态氩时间投影室（LAr TPC），其中光子探测器系统增加了精确的计时能力。ProtoDUNE双相位探测器将由一个6x6 x6 m^3的LAr TPC组成，将在CERN中微子平台上运行，光子探测系统将由来自滨松的8英寸低温光电倍增管组成。研究了R5912- 20 Mod型光电倍增管在低温下的性能，包括暗电流、增益以及与光强和脉冲频率的线性关系。此外，PMT的基础设计进行了验证。在寒冷的，减少的PMT放大，或疲劳效应，测量的PMT输出电流增加，无论是由于高增益，光强度或速率。此外，40光电倍增管的特性的结果将用于ProtodUNE双相。
2018-10-05 hep-ex physics.ins-det
Neutrino mass hierarchy determination at reactor antineutrino experiments
中微子混合角$θ_{13}$在反应堆反中微子实验中得到精确测量后，中微子质量等级是中微子物理学中最重要的未决问题之一。江门地下中微子观测站（JUNO）是在不考虑物质效应的情况下测定中微子质量等级（MH）的观测站。JUNO站点位置经过优化，以获得质量等级测定的最佳灵敏度。JUNO将在地下700米的实验室中使用20千吨液体闪烁体探测器。出色的能量分辨率和PMT覆盖范围将为我们提供前所未有的机会，以达到3-4 $σ$精度。本文将介绍JUNO探测器的设计和仿真工作。此外，另一个中程反应堆反中微子实验RENO-50也将进行类似的测量。在这些实验的努力下，很有可能在未来10年内确定中微子质量等级。
2016-04-30 hep-ex hep-ph physics.ins-det
The use of a high intensity neutrino beam from the ESS proton linac for measurement of neutrino CP violation and mass hierarchy
建议为ESS质子直线加速器配备设备，以便在生产用于中子生产的计划ESS束的同时，每年以微秒短脉冲生产10个$^{23}$ 2.5 GeV质子的5 MW束，以产生中微子超级束，以及在矿井中安装百万吨地下水切伦科夫检测器以检测产生的$ν_μ$束中的$ν_e$出现。初步计算了中微子CP破坏的灵敏度和质量等级随中微子基线的变化。结果表明，在基线距离约400 km的情况下，用反中微子束和中微子束分别进行了8年和2年的观测，在5 $σ$（3 $σ$）的置信水平下，可以在总CP破坏角范围的48%（73%）处发现CP破坏。在相同的基线条件下，中微子的质量等级可以在整个CP破坏角范围内的大部分时间内在3 $σ$水平上确定。有几个深度超过1000米的地下矿井，可用于建造中微子探测器的地下场地，这些矿井位于最佳基线范围内或附近。
2013-02-09 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
A Very Intense Neutrino Super Beam Experiment for Leptonic CP Violation Discovery based on the European Spallation Source Linac: A Snowmass 2013 White Paper
为了发现轻子区的CP破坏，需要非常强的中微子束和大型中微子探测器。我们建议使用的质子直线加速器的欧洲spiritus源目前正在建设中的瑞典隆德提供，在平行的spiritus中子生产，一个非常强烈的，具有成本效益和高性能的中微子束。欧洲质子源直线加速器的基线计划是，到2022年，它将以5兆瓦的平均功率全面运行，以14赫兹的速率产生2 GeV 2.86 ms长的质子脉冲。我们的建议是将直线加速器升级到10兆瓦的平均功率和28赫兹，产生14脉冲/秒的中子生产和14脉冲/秒的中微子生产。此外，由于在脉冲中微子喇叭中需要高电流，用于中微子产生的脉冲的长度需要借助于蓄能器环被压缩到几个$μ$ s。一个长基线实验，使用这个超级光束和一个百万吨级地下水切伦科夫探测器位于现有的矿井300-600公里，从隆德将有可能发现轻子CP破坏在5 $σ$显着性水平高达50%的轻子狄拉克CP破坏相位范围。如果这个问题到那时还没有被其他实验解决的话，这个实验也可以确定中微子质量等级的显著性水平超过3 $σ$。将中微子束流结果与同一大体积探测器探测大气中微子的结果相结合，可以提高质量分级性能。该探测器还将用于测量质子寿命，探测宇宙中微子和超新星爆炸中微子。给出了对轻子CP破坏的敏感性和中微子质量等级的结果。
2013-11-12 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Cosmogenic background simulations for the DARWIN observatory at different underground locations
本研究使用蒙特卡罗模拟评估DARWIN天文台在四个地下实验室的宇生本底，确定了缪子诱导中子通量和散裂产生的不稳定氙同位素和氚的产生率，为探测器选址提供关键依据。
2023-06-28 physics.ins-det
Evaluating Reactor Antineutrino Signals for WATCHMAN
增加反中微子探测器能够监测已登记反应堆运行或发现秘密反应堆的距离，可加强《不扩散核武器条约》。本文介绍了在距离商用动力堆$\gtrsim10$ km的水基探测器中，由准弹性中微子-质子散射和弹性中微子-电子散射计算反应堆反中微子相互作用的方法。它分别计算来自近端反应堆的信号和来自所有其他注册反应堆的背景。主要结果是从准弹性和弹性过程的微分和积分相互作用率。有两个地下设施能够托管探测器（$\sim1$ kT H $_2$ O）项目，附近（$L\sim20$ km）有一个运行中的商业反应堆（$P_{th}\sim3$ GW）。这些反应堆-厂址组合是正在考虑用于“观察者”项目的，它们是美国伊利湖南岸的佩里-莫顿和英格兰北海西岸的哈特尔普尔-博尔比。在Morton站点，来自近端反应堆的信号速率大约是Boulby站点的5倍，这是由于反应堆站点间隔距离较短、反应堆热功率较大以及中微子振荡存活概率较大。尽管莫顿所有其他反应堆的背景速率都大于博尔比，但莫顿近端反应堆的信号速率比博尔比近端反应堆的小。此外，哈特尔普尔电厂有两个核心，而佩里电厂有一个核心。因此，博尔比场址提供了在比莫顿场址更严格的条件下远程监测反应堆堆芯开/关循环的机会。
2017-02-17 nucl-ex physics.ins-det
