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
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 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
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
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
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
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
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
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
Infrared scintillation yield in gaseous and liquid argon
研究惰性气体和液体中的一次和二次相变对以惰性气体为介质的稀有事件实验至关重要。在目前的工作中，气体和液体Ar的闪烁产率已首次在近红外（NIR）和可见光区，无论是初级和二级（比例）闪烁，使用盖革模式雪崩光电二极管（G-APD）和脉冲X射线照射测量。在690-1000 nm的NIR范围内，在气态Ar中测量到快组分的初级闪烁产额为17000光子/MeV，在400-1000 nm的范围内，在液态Ar中测量到510光子/MeV。在气态Ar中也观察到了成比例的近红外光谱（电致发光）;在163 K时测得的放大参数为每kV每个漂移电子13个光子。讨论了近红外光谱在高能物理实验中的可能应用。
2011-04-19 hep-ex 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
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
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
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
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 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
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
Study of infrared scintillations in gaseous and liquid argon - Part II: light yield and possible applications
我们在这里提出了一个全面的研究在近红外（NIR）和可见光区域，在低温下的气体和液体Ar中产生的初级和次级的光产额。使用盖革模式雪崩光电二极管（GAPD）和脉冲X射线照射进行测量。在87-160 K的范围内，发现气态Ar中快发射组分的初级闪烁产额与温度无关;在690-1000 nm的近红外范围内，它相当于17000+/-3000光子/MeV。在87 K的液态Ar中，快成分的初级闪烁产额大大降低，在400-1000 nm范围内，达到510+/-90photon/MeV。还观察到了气态Ar中的成比例近红外光谱（电致发光）;在160 K时测得其放大参数为每kV每个漂移电子13个光子。在电场高达30 kV/cm的液体Ar中没有观察到成比例的结晶。讨论了近红外光谱在暗物质研究、中微子-核相干散射实验和离子束放射治疗中的应用。
2012-05-28 hep-ex nucl-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
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
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
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
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
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
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
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
Measurement of the liquid argon energy response to nuclear and electronic recoils
为研究氩对电离和闪烁的响应（ARIS）实验而建造的液氩时间投影室，在奥赛核物理研究所（Institute de Physique Nuclaire Orsay）用高准直准单能LICORNE中子束辐照，以研究对核反冲和电子反冲的闪烁响应。围绕装置布置的液体闪烁体探测器阵列标记散射中子并选择[7，120] keV能量范围内的核反冲能量。在零场条件下高精度地测量了核反冲的相对闪烁效率，并在一定的外加电场范围内提取了离子-电子复合几率。单康普顿散射电子，所产生的伽马发射的去激发的$^7$ Li* 与束脉冲，以及校准伽马源，用于提取的复合概率作为能量和电子漂移场的函数。ARIS的结果进行了比较，与三个重组概率参数化（Eschas-Imel，Doke-Birks和PARIS），允许定义一个完全全面的模型的液氩反应核和电子反冲下降到几个千电子伏的范围。ARIS对低能液态氩响应的限制使得系统性影响基于液态氩的暗物质搜索实验灵敏度的减少成为可能
2018-04-30 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
Relative Measurement and Extrapolation of the Scintillation Quenching Factor of $α$-Particles in Liquid Argon using DEAP-3600 Data
利用DEAP-3600数据，通过测量氡及其子体同位素的闪烁猝灭，量化了液氩中α粒子猝灭因子外推至低能区的不确定性。
2025-10-09 hep-ex physics.ins-det
TPB-coated Light Guides for Liquid Argon TPC Light Detection Systems
液氩时间投影室（LArTPC）中的光检测系统需要检测氩闪烁期间产生的128 nm光。大多数探测器使用四苯基丁二醇（TPB）将光波长转换到光电倍增管（PMT）可见的范围内。这些程序总结了涂覆有TPB基质的光导的特性，该基质在UV透射丙烯酸中比现有的LArTPC光收集系统更紧凑。
2013-07-30 hep-ex physics.ins-det
The DEAP-3600 liquid argon optical model and NEST updates
本文介绍了DEAP-3600暗物质探测器的液氩光学模型，通过综合热力学数据估算关键光学参数及其不确定性，并展示了NEST模拟软件的更新。
2024-01-03 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
In-situ measurement of the scintillation light attenuation in liquid argon in the GERDA experiment
GERDA实验寻找$^{76}$ Ge中的无中微子双β衰变（$0νββ$），以探测中微子是否是马约拉纳粒子，并揭示中微子的质量排序。为了研究这样一种罕见的衰变，有必要尽量减少实验的背景。在GERDA实验的第二阶段，液态氩（LAr）的闪烁光被用作附加的背景否决。为了估计这种LAr否决的效率，必须知道在128 nm处达到峰值的闪烁光可以在LAr内行进多远。建立了一个专用的设置，以测量闪烁光在LAr在GERDA的低温恒温器内的原位衰减长度。该装置由不锈钢外壳和光电倍增管（PMT）组成，光电倍增管（PMT）的一侧和可移动的$^{90}$ Sr源在另一侧，以测量光源和PMT之间不同距离处的光强度。此外，开发了复杂的模拟，以确定立体角校正以及该测量的背景。假设在128 nm处散射长度为70 cm，分析结果为$15.8 \pm 0.7$（stat）${}^{+1.5}_{-3.2}$（syst）cm的吸收长度。所获得的吸收长度的值对于测量时GERDA中的LAr是特定的。
2019-11-07 physics.ins-det
Liquid argon scintillation response to electronic recoils between $2.8$--$1275~{\rm keV}$ in a high light yield single-phase detector
测量了零电场下$2.82$ ~ $1274.6~{\rm keV}$能量范围内的电子反冲对液氩闪烁的响应。在该测量中使用的具有大光学覆盖范围的单相检测器基于具有高斯加附加指数项（仅具有高斯项）的光电倍增管单光电子响应建模，产生用于$511.0$ - ${\rm keV}$ $γ$ -射线事件的$12.8 \pm 0.3 ~ (11.2 \pm 0.3)~{\rm photoelectron/keV}$。它暴露于各种校准源，例如$^{22}{\rm Na}$和$^{241}{\rm Am}$ $γ$射线发射器，以及$^{252}{\rm Cf}$快中子发射器，该快中子发射器通过在聚四氟乙烯中与$^{19}{\rm F}$的$(n, n'γ)$反应诱导准单能$γ$射线。此外，检测器的高光检测效率使得能够识别大气氩中的宇宙成因同位素$^{37}{\rm Ar}$的$2.82$-${\rm keV}$峰。由全吸收峰得到了探测器的光产额和能量分辨率。我们发现高达约$25\%$移位的闪烁产额在整个能量范围和$3\%$的能量分辨率的$511.0$-${\rm keV}$线。用常数参数为$ς=0.033 ^{+0.012} _{-0.008}$的M-I箱模型解释了这一结果。对于液态氩，这是第一次测量的能量依赖的闪烁产量下降到几个${\rm keV}$在零场，并提供必要的输入调整氩响应模型用于物理实…
2020-11-20 astro-ph.IM physics.ins-det
ArgoNeuT: A Liquid Argon Time Projection Chamber Test in the NuMI Beamline
液氩时间投影室探测器非常适合研究中微子相互作用和探测表征中微子振荡的参数。电离粒子在纯化氩气中长距离漂移的能力以及在大量闪烁光下触发的能力允许优异的粒子识别和触发能力。在这些会议记录的细节ArgoNeuT试验束项目后，将简要介绍探测器技术。ArgoNeuT是一个175升的探测器，暴露在费米实验室的NuMI中微子束线下。在ArgoNeuT中观察到的第一个中微子相互作用将被呈现，以及对该数据样本进行的各种物理分析的讨论。
2009-10-18 hep-ex physics.ins-det
Towards a liquid Argon TPC without evacuation: filling of a 6 m^3 vessel with argon gas from air to ppm impurities concentration through flushing
在本文中，我们提出了一个成功的实验测试填充体积为6米$^3$与氩气，从正常的环境空气和减少杂质含量下降到几个百万分之一（ppm）的氧当量。通过测量Ar气体的闪烁光的慢分量直接监测该污染水平，该慢分量对直接影响氩闪烁的杂质的{ \it all}源敏感。
2010-09-22 physics.ins-det
Index of refraction, Rayleigh scattering length, and Sellmeier coefficients in solid and liquid argon and xenon
大型液氩探测器已广泛用于低速实验，包括暗物质和中微子研究。然而，在与当前和不久的将来的探测器相关的大尺度上，液态氩的光学性质还没有得到很好的理解。液态氩在闪烁波长处的折射率还没有被测量，并且当前的瑞利散射长度计算与测量不一致。此外，固体氩和固体氙在其闪烁波长处的瑞利散射长度和折射率以前没有被测量或计算过。我们引入了一个新的计算，使用现有的数据在液体和固体氩和氙外推的闪烁波长的光学性质，使用Sellmeier色散关系。
2017-08-11 physics.ins-det
Differences in the response of two light guide technologies and two readout technologies after an exchange of liquid argon in the dewar
在这项研究中，通过两种光导技术和两种读出技术在费米实验室的TallBo杜瓦中运行五周后，测量了对液态氩（LAr）中的宇宙μ子产生的闪烁光的响应。在杜瓦瓶排空LAr后重新测量反应，重新填充，然后再次运行额外的四周。杜瓦瓶重新装满后，有明显的证据表明闪烁信号明显下降。这两种光导技术是由印第安纳大学和麻省理工学院/费米实验室开发的。这两种读出技术是被动或主动联合12个Hamamatsu MPPC的板。对于退化的信号，确定了两种可能的解释：由于热循环引起的损坏，两种光导技术的响应退化，和/或LAr填充物中痕量残留的光污染物的未知差异导致观察到的闪烁光下降。无论是吸收还是淬灭N2，O2，和H2O污染可以解释的降解。无论是单个Hamamatsu MPPC还是被动/主动联动板似乎都没有受到热循环的影响。在这两个事件样本中，宇宙物质穿过杜瓦瓶的路径长度分布非常相似。
2020-06-17 hep-ex physics.ins-det
