Measurement of Ionization Produced by 254 eVnr Nuclear Recoils in Germanium
本研究重新测量了锗中 254 eVnr 核反冲产生的电离，发现其电离产额和猝灭因子显著高于 Lindhard 模型预测值，此电离增强有望大幅提升高纯锗探测器在暗物质和中微子探测中的灵敏度。
2024-09-23 nucl-ex physics.ins-det
Comments on "Direct measurement of the ionization quenching factor of nuclear recoils in germanium in the keV energy range"
我们研究了最近测量的淬灭因子（QF）在锗在80 K，注意到一些不一致，能够影响声称的协议与Lindhard的离子停止形式主义在亚千电子伏的核反冲能量制度。也就是说，能量标度中被低估的不确定性和该标度中大的仪器非线性的缺失校正能够严重扭曲低能量下的QF行为，有利于降低值。讨论扩大到检查QF模型选择的影响，中微子的电磁性质的研究，使用CE $ν$ NS数据，支持在3.5 $σ$水平的非零电荷。
2022-03-08 hep-ex hep-ph nucl-ex
Impact of Low-Energy Response to Nuclear Recoils in Dark Matter Detectors
我们报告了锗和液体氙探测器对电子和核反冲的绝对能量响应函数。结果表明，对于给定数量的可探测光电子，双相氙探测器的核反冲的探测能量阈值可以是几keV。我们估计每个电子-空穴对消耗的平均能量为$\sim$ 3.32 eV，这为在69伏下50 mini-Kelvin下具有1 THz的初级声子频率的锗检测器设置了$\sim$ 2.15 keV的检测能量阈值。核反冲和电子反冲的Fano因子限制了这两种技术在2-3 keV反冲能量以下区分核反冲的能力。
2017-03-28 hep-ex physics.ins-det
Intrinsic Fano factor of nuclear recoils for dark matter searches
在10 ~ 200 keV的反冲能量范围内，锗和硅中的核反冲产生的电子-空穴比其对应的电子反冲产生的电子-空穴有更大的变化.这种效应--主要是由于给定能量的核反冲导致的晶格能量的偏差--已经被林哈德模型预测到了。我们用内禀核反冲Fano因子来参数化方差，在25 keV附近，硅和锗的内禀核反冲Fano因子分别为24.3 $\pm$ 0.2和26 $\pm$ 8。方差具有重要的影响，预期的信号形状的实验，利用低能量的核反冲，如直接暗物质搜索和相干中微子核散射测量。
2022-12-12 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the low-energy quenching factor in germanium using an $^{88}$Y/Be photoneutron source
我们采用$^{88}$ Y/Be光中子源来推导锗中中子感生核反冲的淬灭因子，探测从几百eV $_{nr}$到8.5keV $_{nr}$的反冲能量。一个全面的蒙特卡罗模拟我们的设置相比，实验数据采用Lindhard模型与自由电子能量损失$k$和亚千电子伏$_{nr}$核反冲的绝热修正。最好的拟合$k=0.179\pm 0.001$得到使用Monte Carlo马尔可夫链（MCMC）系综采样器是在良好的协议与以前的测量，确认Lindhard模型描述的几keV的离子在锗晶体中的停止在温度为$\sim$ 77 K的充分性。$k$的该值对应于分别在0.3 keV $_{nr}$和8.5 keV $_{nr}$之间的核反冲能量的13.7%至25.3%的淬灭因子。
2016-08-11 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Electron recombination in low-energy nuclear recoils tracks in liquid argon
本文分析了在液氩探测器中反冲原子电离径迹中的电子-离子复合过程。该分析是基于计算机模拟的结果，其中使用现实的电子输运和反应模型。计算再现了最近的实验结果的电离产额从6.7 keV的核反冲在LAr。逃逸重组的电子数的统计分布被发现偏离二项分布，并获得核反冲轨道的重组波动的估计。的复合动力学的研究表明，一个显着的一部分电子进行非常快的静态复合，效果可能是负责的弱漂移场依赖性的电离产率从核反冲在一些稀有液体。所获得的结果可能是有用的，在寻找假设的暗物质粒子和其他研究，涉及到反冲核的检测。
2016-02-10 physics.ins-det
Low-Energy Solar Neutrino Detection Utilizing Advanced Germanium Detectors
我们探讨了利用先进的锗探测器作为低能太阳中微子观测站的可能性。利用杂质电离产生的载流子进行内电荷放大的Ge探测器是一种具有实验灵敏度的探测低能太阳中微子的新技术。Ge内电荷放大（GeICA）是通过声子发射来放大中微子与Ge原子相互作用产生的载流子。正是这些声子将通过杂质的电离产生电荷载流子，以实现$\sim$ 0.01 eV的极低能量阈值。我们证明了声子的吸收，激发和电离概率的杂质在锗探测器与杂质水平为3 $\times$ 10 $^{10}$ cm $^{-3}$，9 $\times$ 10 $^{10}$ cm $^{-3}$，和2 $\times$ 10 $^{11}$ cm $^{-3}$。我们介绍了这样的Ge实验在低能区检测太阳中微子的灵敏度。我们表明，如果GeICA技术变得可用，那么一个新的机会出现，观察$pp$和7 Be太阳中微子。这样一种仅用1公斤高纯Ge的新型探测器将对$pp$中微子每年产生$\sim$ 10个事件，对7 Be中微子每年产生$\sim$ 5个事件，探测能量阈值为0.01 eV。
2021-09-02 physics.ins-det
Energy Loss Due to Defect Formation from $^{206}$Pb Recoils in SuperCDMS Germanium Detectors
苏丹地下实验室的超低温暗物质搜索实验（SuperCDMS）使用原位$^{210}$ Pb源研究了在mK温度下锗晶体中与弗伦克尔缺陷形成相关的能量损失。我们研究的光谱$^{206}$铅核反冲附近的预期103千电子伏的端点能量和确定的能量损失为$\left(6.08\pm0.18\right)$ %，我们归因于缺陷的形成。从这个结果，并使用TRIM模拟，我们提取的第一个实验确定的平均位移阈值能量$\left(19.7^{+0.6}_{-0.5}\right)$ eV的锗。这对未来基于锗的暗物质研究的分析阈值有影响。
2019-04-16 astro-ph.CO physics.app-ph 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
Ionization Yield from Nuclear Recoils in Liquid-Xenon Dark Matter Detection
在keV核反冲能区研究了两相液态氙暗物质探测器的电离产额。新获得的核猝灭以及最近测量的产生电子-离子对所需的平均能量被用来计算产生的总电荷。为了估计收集到的电子电荷的分数，将Escheras-Imel模型推广到描述液体氙中核反冲的场依赖性。利用实验测量的56.5keV核反冲的自由参数，预测了核反冲电离产额的能量依赖性，随反冲能量的减小而增大，在2~3 keV时达到最大值。这一预测与现有数据吻合良好，并可能有助于降低核反冲的能量检测阈值~1 keV。
2013-10-08 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Direct Detection of MeV-Scale Dark Matter Utilizing Germanium Internal Amplification for the Charge Created by the Ionization of Impurities
光，兆电子伏级的暗物质（DM）是一个令人兴奋的DM候选人，是目前的实验无法检测。利用杂质电离产生的载流子的内电荷放大效应的锗探测器是一种具有实验灵敏度的探测MeV级DM的新技术。我们分析了直接探测MeV级DM粒子的信号形成、电荷产生、电荷内部放大和投影灵敏度的物理机制。我们提出了一种新的锗探测器的设计在氦温度（$\sim$ 4 K），使离子化的杂质DM的影响。利用大的局部E场，电离激发可以被加速到大于Ge带隙的动能，在该点处，它们可以产生额外的电子-空穴对，产生本征放大以实现$\sim$ 0.1eV的超低能量阈值，用于检测MeV尺度的低质量DM粒子。相应地，具有1千克-年曝光的这种Ge探测器将对DM质量为$\sim$ 10 MeV/c $^{2}$的DM-核子横截面为$\sim$ 5 $\times$ 10 $^{-45}$ cm $^{2}$和DM质量为$\sim$ 1 MeV/c $^2$的DM-电子横截面为$\sim$ 5 $\times$ 10 $^{-46}$ cm $^{2}$具有高灵敏度。
2017-08-22 hep-ex physics.ins-det
Study of the ionization efficiency for nuclear recoils in pure crystals
本文研究了Lindhard理论中的基本积分方程，该方程描述了在考虑原子结合能的情况下，原子在纯物质中由核反冲所产生的运动能量。的数值解，这只取决于速度成比例的电子阻止本领和结合能的斜率，导致电离效率的估计，这是在良好的协议与现有的实验测量Si和Ge。在这个模型中，核反冲的淬灭因子在等于假定结合能的两倍的能量处具有截止。我们认为，该模型是一个合理的近似锗，即使接近截止的能量，而硅是有效的反冲能量大于~500 eV。
2020-04-24 hep-ph physics.ins-det
Average Energy Expended Per e-h Pair and Energy Scale Function for Germanium-Based Dark Matter Experiments
本文报道了锗探测器中电子-空穴对平均能量消耗随温度变化的新结果，即$\varepsilon$。对于给定的能量沉积，应用电离中的能量分配机制，可以分别确定Fano因子和$\varepsilon$值。随后，我们说明了$\varepsilon$的变化作为温度的函数。评估了$\varepsilon$对锗探测器在给定温度下的能量阈值和能量标度的影响。我们证明了锗探测器在直接探测暗物质粒子时低能反冲的绝对能量标度函数。
2016-12-30 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
Measurement of the ionization yield of nuclear recoils in liquid argon at 80 and 233 keV
核反冲探测器的能量刻度对于诸如直接寻找暗物质和相干中微子-核散射等稀有事件实验至关重要。特别是，这样的校准是通过测量的电离产率的核反冲在液体Ar和氘检测介质，使用中子弹性散射离开核。在目前的工作中，第一次在较高的能量范围内，在80和233千电子伏，使用两相低温雪崩探测器（CRAD）和DD中子发生器的液体Ar中的核反冲的电离产额进行了测量。在电场为2.3 kV/cm时，在80 keV和233 keV时，Ar的电离产额分别为7.8 ± 1.1和9.7 ± 1.3 e-/keV。与Jaffe模型相比，Jaffe模型能较好地描述原子核反冲电离产额的能量依赖关系。
2014-09-23 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the ionization yield from nuclear recoils in liquid xenon between 0.3 -- 6 keV with single-ionization-electron sensitivity
双相氙TPC探测器是一种高度可扩展和广泛使用的技术，用于搜索来自WIMP暗物质或$\sim$ MeV中微子的相干核散射的低能核反冲信号。这样的实验期望测量来自这样的源的O（keV）电离或闪烁信号。然而，在$\sim1\,$ keV及以下，液体氙中的信号校准具有很大的不确定性，直接影响现有和未来实验的假定灵敏度。在这项工作中，我们报告了一个新的测量的电离产额的核反冲信号在液体氙低至0.3 $\,$ keV $\,\,$ -最低的能量校准报告的日期-在该能量的平均事件仅产生1.1电离~电子。在2和6 $\,$ keV之间，我们的测量结果与现有的测量结果一致，但显着提高了精度。在较低的能量，我们观察到一个下降的趋势，偏离简单的推断现有的数据。我们还研究了电离产率对220 V/cm和6240 V/cm之间的液体氙中所施加的漂移场的依赖性，使这些测量适用于宽范围的电流和不同的操作参数的建议实验。
2019-08-01 hep-ex physics.ins-det
Observables for Recoil Identification in High-Definition Gas Time Projection Chambers
核反冲的定向探测在核物理和粒子物理中是广泛需要的。在低反冲能量下，这种能力可以用来确认暗物质信号的宇宙起源，穿透所谓的中微子层，或者区分不同的中微子源。气体时间投影室（TPC）可以在读出粒度足够高的情况下实现定向反冲检测，如当利用微图案气体检测器（MPGD）时的情况。这种探测器的一个关键挑战是识别和拒绝由探测器材料和环境中的放射性污染物的伽马射线引起的背景电子反冲事件。我们定义了新的观测值，可以区分电子和核反冲，即使在千电子伏级的能量，基于模拟电离的拓扑结构。我们进行了模拟研究，表明这些观测优于传统上使用的判别式，dE/dx，高达三个数量级。此外，这些新的可观测值即使在远低于10 keV的电离能下也能很好地工作，并且即使在方向性失败的情况下也保持稳健。
2021-09-17 physics.ins-det
Measurement of the ionization yield of nuclear recoils in liquid argon using a two-phase detector with electroluminescence gap
惰性气体液体电离产额的测量与暗物质研究和中微子-核相干散射实验中核反冲探测器的能量刻度有关。在本工作中，我们进一步研究了核反冲在液体Ar中的电离产额，使用两相探测器与电致发光间隙和DD中子发生器。在233 keV和0.56和0.62 kV/cm的电场下测量了液态Ar中核反冲的电离产额，其值分别为5.9 $\pm$、0.8和7.4 $\pm$ 1 e $^-$ /keV。确定了电离产率对能量和电场的特性依赖关系，同时将所获得的结果与在较低能量和较高电场下的结果进行了比较。
2017-05-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Consistent empirical physical formula construction for recoil energy distribution in HPGe detectors using artificial neural networks
γ射线跟踪技术是实验原子核结构物理中一种高效的探测方法。在这种方法的基础上，目前正在开发两个伽马射线跟踪阵列，即欧洲的AGATA和美国的GRETA。中子在这些探测器中的相互作用导致伽马射线谱中不需要的背景。因此，这些探测器中的中子的相互作用点必须在伽马射线跟踪过程中确定，以提高光峰效率和伽马射线峰的峰总比。因此，我们用实验和人工神经网络方法计算了1-5 MeV中子非弹性散射锗核的反冲能分布。此外，对于反冲锗核的高度非线性探测器响应，我们通过适当的分层前馈神经网络（LFNN）构建了一致的经验物理公式（EPFs）。这些LFNN-EPFs可以用来获得进一步的物理函数，这可能是相关的确定中子相互作用的γ射线跟踪过程。
2012-07-23 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
Ionization yield measurement in a germanium CDMSlite detector using photo-neutron sources
由SuperCDMS合作组研制的两种光中子源$^{88}$ Y $^{9}$ Be和$^{124}$ Sb $^{9}$ Be被用于研究CDMSlite锗探测器中的核反冲电离产额。这项工作评估的产率为1千电子伏和7千电子伏之间的核反冲能量在$\sim$ 50毫K的温度。我们使用Geant4模拟中子谱假设的电荷产额模型，这是一个推广的标准Lindhard模型，由两个能量相关的参数。我们使用模拟的中子能谱、建模的背景和实验数据进行似然分析，以获得产率模型的最佳拟合值。反冲能量为1千电子伏和7千电子伏之间的电离产率被证明是显着低于预测的标准Lindhard模型锗。使用各种技术研究核反冲产额的低能范围的不同实验之间普遍缺乏一致性，这对于解释直接暗物质搜索是最关键的。这表明许多直接检测实验用于模拟其主要信号检测机制的物理过程的复杂性，并强调需要进一步研究以澄清迄今为止尚未很好理解的潜在系统效应。
2022-06-27 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
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
Experimental study of ionization yield of liquid xenon for electron recoils in the energy range 2.8 - 80 keV
本文报道了用~（37）Ar、~（83）mKr、~（241）Am、~（129）Ar、~（131）Ar等同位素在液态氙中产生的能量低于100 keV的电子反冲的电离产额的首次实验研究结果。用~（37）Ar同位素（2.82）keV直接测量证实，在~ 10 keV能量范围内，电离产额随能量的减小而增大，这与NEST的预测一致。在3.75 kV/cm的电场下，2.82 keV的闪烁衰减时间为25 ± 3 ns。
2014-08-08 hep-ex physics.ins-det
The scintillation and ionization yield of liquid xenon for nuclear recoils
氙10是一个旨在直接探测粒子暗物质的实验。它是一个双相（液体/气体）氙时间投影室，具有3D位置成像功能。粒子相互作用产生初级闪烁信号（S1）和电离信号（S2），这两者都是沉积的反冲能量和入射粒子类型的函数。本文提出了一种精确测量氙中核反冲的相对闪烁产额\leff和绝对电离产额Q_y的新方法。一个暗物质粒子被期望通过从氙核散射来储存能量。因此，\leff的知识对于建立实验的能量阈值至关重要;这反过来又决定了对粒子暗物质的灵敏度。我们的\leff测量结果与最近的理论预测一致，超过15 keV的核反冲能量，测量的能量阈值为4 keV。电离产率\Qy的知识是必要的，以建立实验的触发阈值。的电离产率\Qy测量在两种方式，既与以前的测量和10倍的能量阈值较低。
2008-12-31 astro-ph physics.ins-det
Investigating Ultra-Low Energy Ionization Yield from Nuclear Recoils in Semiconductor Detectors via Molecular Dynamics Simulations
College of physics, Sichuan University（四川大学物理学院）
本文通过分子动力学模拟研究半导体探测器中核 recoil 的电离产额，提出非参数化方法克服传统 Lindhard 模型限制，实现高能到电子-空穴对（EHP）区域的可靠评估，并在硅中取得最佳实验数据一致性的结果。
2026-03-17 hep-ex physics.ins-det
First demonstration of a sub-keV electron recoil energy threshold in a liquid argon ionization chamber
我们描述了亚千电子伏的电子反冲能量阈值在双相液氩时间投影室的第一个演示。这是一个重要的一步，在努力开发一种探测器，能够识别电离信号产生的核反冲能量的顺序为几千电子伏及以下。我们通过观察Ar-37的K-和L-壳层电子俘获衰变后的能谱中2.82 keV和0.27 keV处的峰获得了这一结果。Ar-37源的制备进行了详细描述，因为它使校准，也可能证明是有用的暗物质直接检测实验。一个内部放置的Fe-55 X射线源同时提供了另一个校准点在5.9千电子伏。我们讨论了在这三个校准能量下液氩中的电离产额和电子复合。
2013-07-19 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
A measurement of the ionization efficiency of nuclear recoils in silicon
我们测量了动能在1.8 - 20 keV之间的硅核反冲的电离效率。我们用中子束轰击硅漂移二极管进行弹性散射实验。使用宽能中子谱，并使用散射中子的飞行时间和散射角的测量来重建核反冲能。Lindhard等人的理论很好地描述了这项工作的结果的总体趋势。超过4 keV的反冲能量。低于该能量，所呈现的数据显示出与模型的偏差。数据表明在低能量下比理论预测更快的下降。
2017-07-04 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
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。
2016-11-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
$\texttt{nrCascadeSim}$ -- A simulation tool for nuclear recoil cascades resulting from neutron capture
中子俘获引起的核反冲已经成为暗物质直接探测和相干弹性中微子-核散射（CE $ν$ NS）中探测器校准的重要工具。$\texttt{nrCascadeSim}$是一个命令行工具，用于生成纯材料上中子捕获产生的能量沉积的模拟数据。目前，支持硅、锗、氖和氩。虽然该软件是为固态探测器校准而开发的，但它可用于任何需要模拟中子捕获引起的核反冲数据的应用。
2022-02-23 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Scintillation efficiency and ionization yield of liquid xenon for mono-energetic nuclear recoils down to 4 keV
液态氙（LIPE）是一种用于探测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）形式的暗物质的实验的优良材料。低能量检测阈值对于灵敏的WIMP搜索是必不可少的。对低能核反冲的相对闪烁效率（Leff）和电离产额的理解仅限于能量低于10 keV的情况。在本文中，我们提出了新的测量，扩展到4千电子伏的能量，发现Leff随能量的降低而降低。我们还测量了闪烁效率的淬火由于电场在LIGO，发现没有显着的字段依赖性。
2010-01-18 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Cryostat for Ultra-low-energy Threshold Germanium Spectrometers
本文介绍了一种低温恒温器的发展，旨在提高低能量阈值（低于0.5 keV）的p型点接触锗γ射线谱仪。超低能量阈值在低能核反冲的探测中是重要的，低能核反冲是与暗物质直接探测和相干中微子-核散射测量相关的事件类别。低温恒温器的设计，包括一个热和电场模型，给出。一个原型低温恒温器已组装和数据采集，以评估其真空和热性能。
2012-10-08 nucl-ex physics.ins-det
First measurement of the ionization yield of nuclear recoils in liquid argon
这封信详细介绍了6.7 keV $^{40}Ar$原子在液氩探测器中停止的电离产额（$Q_y$）的测量。在240- 2130 V/cm的电场范围内，探测到的$e^{-}/\mbox{keV}$的$Q_y$为3.6-6.3，这对于使用这种探测器介质来寻找来自假设的暗物质粒子相互作用和来自相干弹性中微子核散射的信号是令人鼓舞的。观察到一个显着的依赖$Q_y$上施加的电场的离子复合的上下文中解释。
2014-05-01 astro-ph.IM 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
Design and characterization of a recoil ion momentum spectrometer for investigating molecular fragmentation dynamics upon MeV energy ion impact ionization
本文介绍了一台用于研究电离分子碎裂动力学的新型反冲离子动量谱仪的研制和性能。光谱仪是基于两级Wiley-McLaren几何，并满足时间和速度聚焦条件。在漂移区引入了静电透镜，实现了速度成像和更高的角度收集。该光谱仪配备了一个2D位置敏感探测器，具有多命中符合电子器件。用4π收集可以检测到动能~ 8 eV的离子碎片。通过对双原子（N $_2$）和多原子（CH $_2$ Cl $_2$）分子在1 MeV质子作用下的三维离子成像测量，测试了谱仪的整体性能.三维动量和动能释放分布来自测量的位置和飞行时间谱。观察到的各种碎裂通道的特征以及测得的动能释放分布与现有数据完全一致。
2022-07-13 physics.atom-ph physics.ins-det
Diamond Detectors for Direct Detection of Sub-GeV Dark Matter
我们建议使用高纯度的实验室生长的金刚石的亚GeV的暗物质的检测。金刚石靶可以对来自MeV及以上质量范围内的暗物质散射的核反冲和电子反冲敏感，以及对质量在亚eV至数十eV之间的暗物质的吸收过程敏感。与其他提出的半导体目标（如锗和硅）相比，金刚石探测器可以通过碳核的轻而产生的核反冲探测较低质量的暗物质。电子反冲的预期范围可与锗和硅的电子反冲的预期范围相媲美，其优点是预期暗计数处于更好的控制之下。通过吸收过程，无约束的QCD轴子参数空间可以成功地探测在金刚石质量为10 eV，进一步证明了我们的方法的力量。
2019-02-05 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Observation of Time-Dependent Internal Charge Amplification in a Planar Germanium Detector at Cryogenic Temperature
本文首次在低温平面Ge探测器中观测到由空穴漂移和带电态碰撞电离导致的瞬时内部电荷放大，并指出稳定该效应可支撑MeV量级暗物质的<10 meV阈值探测。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci hep-ex nucl-ex
Internal Charge Amplification in Germanium at 77K and 4K: From Single-Free-Flight Bounds to a Physics-Informed Ionization Model
University of South Dakota（南达科他大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本文提出了一种基于物理引导的离子化模型，用于预测低温下锗材料的临界电场，结合单自由飞行界限与传输特性，为设计稳定且可控的内部电荷放大系统提供指导。
2026-03-02 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Quenching factor measurement in low pressure gas detector for directional dark matter search
有相当多的实验致力于粒子暗物质的定向探测。气态μ-TPC探测器呈现出能够在相互作用之后重建反冲核的轨道和能量的特权特征。精确测量后坐能量是定向搜索策略的关键。必须考虑淬火，即只有一定比例的反冲能量沉积在电离通道中。在格勒诺布尔LPSC的专用离子束装置上测量了室温下不同气体混合物的电离猝灭因子。
2011-10-10 physics.ins-det
A comparison between the low-energy spectra from CoGeNT and CDMS
一个侧到侧的比较建立在CDMS锗测辐射热计的核反冲能谱和其低能量等效的CoGeNT锗二极管的内部体积的事件之间。承认正交的背景削减可能与每种类型的检测器，并在这些搜索中的不确定性检查后，这些光谱之间的建议协议进行观察。
2011-03-17 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Ionization Yield in Silicon for eV-Scale Electron-Recoil Processes
单电荷分辨宏观硅探测器的发展为O（eV）尺度的罕见过程打开了一扇窗。为了重建给定事件的能量，或者对针对由检测器中的电子吸收的给定量的能量而获得的电荷信号进行建模，需要精确的电荷产额模型。在本文中，我们回顾现有的测量硅中的电荷产额，特别是在低于1千电子伏的区域。我们突出了12-50 eV之间的校准间隙（称为“UV间隙”），并采用碰撞电离的唯象模型来探索在这种能量状态下可能的电荷产率。最后，我们探讨了这个模型的变化对测试用例的影响，即暗物质散射电子，以说明电荷产率的不确定性的科学影响。
2020-04-24 astro-ph.IM hep-ex physics.data-an
Compact, directional neutron detectors capable of high-resolution nuclear recoil imaging
我们报告的设计，生产和性能紧凑的40厘米$^3$时间投影室（TPC），检测快中子的三维（3D）测量的电离分布的核反冲$^4$他：CO $_2$气体在大气压下。我们使用这些探测器来表征在日本筑波的SuperKEKB正负电子对撞机的Belle II探测器内的快中子通量，其中主要的设计约束是一个小的形状因子。我们发现，TPC满足或超过所有的设计规格，并能够测量的三维表面形状和电荷密度分布的电离云从核反冲和带电轨道在精致的细节。基于这里所展示的探测原理的按比例放大的探测器可能适用于定向暗物质搜索、相干中微子-核散射的测量以及其他需要精确探测中子或核反冲的实验。
2019-05-06 hep-ex physics.ins-det
Surface characterization of p-type point contact germanium detectors
P型点接触（PPC）锗探测器用于稀有事件和低背景搜索，包括无中微子双β（0 vbb）衰变，低能核反冲和相干弹性中微子-核散射。该探测器具有出色的能量分辨率、低至亚keV范围的低探测阈值以及增强的背景抑制能力。然而，由于它们的大钝化表面，将信号读出触点与偏置电压电极分开，PPC检测器容易受到表面效应（例如电荷积累）的影响。深入了解它们对地面事件的反应至关重要。在这项工作中，PPC探测器的响应的α和β粒子击中钝化表面的多功能扫描测试stand. It示出的钝化表面可以积累电荷导致的径向依赖的退化的观察事件的能量。此外，它表明，表面α事件的脉冲形状显示的特征，可以用来区分这些事件。
2021-09-10 hep-ex physics.ins-det
Development of Planar P-type Point Contact Germanium Detectors for Low-Mass Dark Matter Searches
使用带隙为$\sim$ 0.7 eV的锗（Ge）通过电离检测亚eV范围内的低能沉积需要电荷信号的内部放大。这可以通过加速载流子以产生更多的载流子的高电场来实现。产生内部电荷放大所需的最小电场导出不同的温度。点接触Ge检测器在点接触附近提供极高的电场。我们展示了平面点接触检测器的发展及其性能。计算了该平面点接触探测器的场分布。我们证明所需的电场可以实现与点接触检测器。
2021-10-06 hep-ex physics.ins-det
Comparison of CDMS [100] and [111] oriented germanium detectors
低温暗物质搜索（CDMS）利用大质量、3”直径$\times$ 1”厚的目标质量作为粒子探测器。该目标装有声子和电离传感器，每个通道中的能量比较提供了电子和核反冲的事件分类。基准体积由在特定位置获得良好声子和电离信号的能力确定。由于锗中的电子能带结构，电子质量由各向异性张量描述，其中重质量沿着由[111]米勒指数（L谷）定义的对称轴对准，导致输运的大的横向分量。电子的空间分布对于具有由[100]或[111]米勒指数描述的纵轴取向的探测器变化显著。在探测器半径较大的情况下，边缘分量较大的电场也会影响电子和空穴的空间分布。这两种效果进行了研究，在3维蒙特卡罗和对基准体积的影响进行了讨论。
2011-08-31 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci hep-ex
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
Application of recoil-imaging time projection chambers to directional neutron background measurements in the SuperKEKB accelerator tunnel
气体时间投影室（TPC）具有高读出分割，能够重建详细的三维电离分布的核反冲产生的弹性中子散射。使用一个系统的6个紧凑的TPC与像素ASIC读出，充满了70：30的混合物的He：CO $_2$气体，我们分析了第一方向测量的Beam诱导中子背景的隧道区域周围的美女II探测器在SuperKEKB $e^+e^-$对撞机。使用三维反冲跟踪，我们表明，这些TPC能够保持近$100\%$核反冲纯度重建电离能（$E_\text{reco}$）低至5 $\mathrm{keV_\text{ee}}$。使用大样本的模拟$^4$他，$^{12}$ C，和$^{16}$ O反冲轨道，我们发现预测和测量的反冲能谱之间的一致性，在六个TPC中的五个，模拟中子生产机制建模提供了有用的验证。限制这个样本的$^4$他反冲轨道与$E_\text{reco}>40$ $\mathrm{keV_\text{ee}}$，我们证明了轴向角分辨率内$8^{\circ}$，我们介绍了一个程序，在适当的条件下，正确分配矢量方向$91\%$的模拟$^4$他反冲。应用此程序为测量的$^4$ He反冲轨道分配矢量方向，我们观察到观察到的反冲和模拟反冲的角分布之间的一致性，提供了加速器隧道中局部中子“热点”的第一个实验证据。观察到的核反冲率在这些TPC表明，模拟高估了这些热点的中子通量。
2022-07-14 hep-ex physics.ins-det
Neutron capture-induced nuclear recoils as background for CE$ν$NS~measurements at reactors
本研究量化了反应堆环境中子俘获诱导核反冲对CEνNS测量的本底影响，提出热中子通量需低于7×10⁻⁴ n/cm²s以实现5σ测量，并建议采用主动veto系统降低该本底。
2023-05-26 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Phonon Pulse Shape Discrimination in SuperCDMS Soudan
SuperCDMS是低温暗物质搜索实验的下一阶段，该实验测量锗靶物质中粒子反冲产生的声子和电荷信号。电荷信号被用于基准体积的定义和电子反冲背景事件的拒绝。或者，由载流子产生的声子也可以用于相同的两个目的。本文介绍了初步的努力，观察和量化这些贡献的声子信号，然后用它们来拒绝背景事件。仅使用一个脉冲形状参数的简单分析表明，体电子反冲与体核反冲的鉴别达到1：10^3的水平（受数据统计的限制），在反冲能量至少为7 keV时，鉴别能力几乎没有下降。这种仅声子的区分可以为标准区分方法提供有用的交叉检查，并且它还指向针对仅声子测量优化的设备的潜力。
2011-09-20 astro-ph.IM physics.ins-det
Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50
DarkSide-50已经证明了双相液氩时间投影室在探索GeV/c $^2$质量范围内的WIMP相互作用方面的高潜力。该技术的基础上，通过在气相中的电致发光放大的电离信号的检测，允许探索反冲能量下降到子千电子伏的范围。利用DarkSide-50测量了$\sim$ 180~eV $_{er}$的电子反冲电离产额，利用$^{37}$ Ar和$^{39}$ Ar衰变，并用D-I-mel盒模型外推到少数电离电子。此外，我们提出了一个依赖于模型的测定核反冲的电离响应$\sim$ 500~eV $_{nr}$，有史以来最低的液氩，使用\textit{in situ}中子校准源和外部数据集从中子束实验。
2021-09-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
A Comprehensive Study of Low-Energy Response for Xenon-Based Dark Matter Experiments
我们报告了一个全面的研究，在双相氙为基础的暗物质实验中的能量响应的低能量反冲。本文提出了一个复合模型来解释零场和非零场下复合几率随反冲能的变化。电子离子复合的作用进行了讨论，为两个父重组和体积重组。我们发现，非零场下的体积复合受到等离子体效应的约束，这是由沿电离轨道形成的等离子体状的电荷云，屏蔽外部电场的影响的内部的高密度的载流子引起的。随后，等离子体时间决定的体积复合概率在非零场被证明是不同的电子反冲和核反冲之间的电离密度的差异，由于两个过程之间的不同。我们显示了一个弱的场依赖性的等离子体时间的核反冲和更强的场依赖性的等离子体时间的电子反冲。因此，在确定电荷和光产额的通用模型中实现了时间相关的复合。我们的模型与基于氙的暗物质实验数据吻合得很好。
2017-02-19 hep-ex physics.ins-det
Low-Dose High-Resolution TOF-PET Using Ionization-activated Multi-State Low-Z Detector Media
我们提出了PET扫描仪使用低原子序数的媒体，经历了一个持久的局部变化的状态沿路径的康普顿反冲电子。个别散射的位置和角度，沉积的能量，和反冲电子方向的测量允许使用2体康普顿散射过程的运动学约束，以执行散射的统计时间排序，具有精确识别伽马射线在检测器中第一次相互作用的高概率。在这些情况下，响应线以高分辨率测量，由基础物理过程而不是检测器分割确定。有多种这样的媒介，通过不同的机制发挥作用。作为一个例子，其中状态的变化是量子力学通过分子构型的变化，而不是热力学，如在一个泡室，我们提出了模拟的两个状态的光开关的有机染料，一个“开关”，这是激活的荧光能力状态的反冲电子的电离。活化状态是持久的，并且可以被光学激发多次以使单个活化分子成像。能量分辨率是通过对激活的分子进行计数来提供的。沿LOR的定位是由大面积的飞行时间MCP-PMT光电探测器实现的，单光子时间分辨率在几十ps和亚毫米的空间分辨率。模拟表明剂量大幅减少。
2021-08-03 physics.ins-det physics.med-ph
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
A HEMT-Based Cryogenic Charge Amplifier with sub-100 eVee Ionization Resolution for Massive Semiconductor Dark Matter Detectors
我们提出了一个基于HEMT的低温电荷放大器耦合到CDMS-II探测器的测量基线电离分辨率。该放大器已被开发，以允许大量的半导体暗物质探测器，以保持在低反冲能量的低质量WIMP产生的背景歧视。我们发现校准的基线电离分辨率为$σ_E = 91\,\text{eV}_{ee}$。据我们所知，这是用这种大质量（$\approx$ 150 pF电容）辐射探测器实现的最佳直接电离分辨率。
2019-06-19 astro-ph.IM physics.ins-det
