背景水平低于10 $^{-6}$ keV $^{-1}$ cm PDMATHAAD s $^{-1}$的Micromegas X射线检测
X-ray detection with Micromegas with background levels below 10$^{-6}$ keV$^{-1}$cm$^{-2}$s$^{-1}$
S. Aune, F. Aznar, D. Calvet, T. Dafni, A. Diago, F. Druillole, G. Fanourakis, E. Ferrer-Ribas, J. Galán, J. A. García, A. Gardikiotis, J. G. Garza, T. Geralis,… 展开作者
S. Aune, F. Aznar, D. Calvet, T. Dafni, A. Diago, F. Druillole, G. Fanourakis, E. Ferrer-Ribas, J. Galán, J. A. García, A. Gardikiotis, J. G. Garza, T. Geralis, I. Giomataris, H. Gómez, D. González-Díaz, D. C. Herrera, F. J. Iguaz, I. G. Irastorza, D. Jourde, G. Luzón, H. Mirallas, J. P. Mols, T. Papaevangelou, A. Rodríguez, L. Seguí, A. Tomás, T. Vafeiadis, S. C. Yildiz
Micromegas探测器是探测低能X射线的最佳技术选择。多年来，应用于这些探测器的低本底技术产生了显着的本底降低，成为这些发展的CAST实验受益者。在本文件中，我们报告了最新的升级，以进一步减少背景和更好地了解探测器的响应。升级包括读出电子设备，新的探测器设计和更有效的宇宙μ子否决系统的实施。首次在海平面获得了低于10 $^{-6}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的本底能级，证明了下一代轴子日像仪IAO所提出的期望的可行性。本文还将介绍和讨论在CAST探测器实验室的X射线束中进行的一系列测量所获得的一些结果。
英文摘要：
Micromegas detectors are an optimum technological choice for the detection of low energy x-rays. The low background techniques applied to these detectors yielded remarkable background reductions over the years, being the CAST experiment beneficiary of these developments. In this document we report on the latest upgrades towards further background reductions and better understanding of the detectors' response. The upgrades encompass the readout electronics, a new detector design and the implementation of a more efficient cosmic muon veto system. Background levels below 10$^{-6}$keV$^{-1}$cm$^{-2}$s$^{-1}$ have been obtained at sea level for the first time, demonstrating the feasibility of the expectations posed by IAXO, the next generation axion helioscope. Some results obtained with a set of measurements conducted in the x-ray beam of the CAST Detector Laboratory will be also presented and discussed.
CAST microbulk micromegas in the Canfranc Underground Laboratory
在CAST实验的最后一次数据采集活动中，微兆气体探测器已经实现了$\approx 5 \times 10^{-6}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$在2和9 keV之间的背景水平。这种性能是可能的，这要归功于微批量技术的引入，屏蔽的实施和歧视算法的发展。它激发了新的研究，以更深入地了解CAST探测器的背景。其中一条工作线包括建造一个微型气体探测器在CAST中使用的装置的复制品，并将其安装在Canfranc地下实验室。由于地下和地面探测器性能之间的比较，屏蔽升级等，对探测器背景的不同贡献进行了评估。特别地，已经获得了检测器的本征背景的上限$< 2 \times 10^{-7}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$。这项工作意味着在地下实验室中对最新的micromegas技术的潜力进行了首次评估，这是最适合稀有事件探测的环境。
A low background Micromegas detector for the CAST experiment
在欧洲核子研究中心的CAST实验第一阶段（2002-2004年），一个低本底Micromegas探测器一直在运行，用于搜索太阳轴子。由于其良好的空间和能量分辨率以及在探测器构造中使用的低放射性材料，该探测器有效运行并实现了非常低水平的背景抑制（$5\times 10^{-5}$计数keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$）。在实验的第二阶段（2005-2007年），将对探测器进行升级，增加一个屏蔽装置并包括聚焦光学系统。这些改进应允许优于两个数量级的背景抑制。
Lowering the background level and the energy threshold of Micromegas x-ray detectors for axion searches
轴子太阳窥镜通过在强磁场中转换为x射线来寻找太阳轴子。使用低背景X射线探测器是提高这些搜索灵敏度的一个重要组成部分。本文综述了用于欧洲核子研究中心（CERN）轴子太阳望远镜（CAST）和未来国际轴子天文台（IAXO）的Micromegas探测器的最新进展。CAST中的实际设置已实现低于10 $^{-6}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的本底水平，比第一代Micromegas探测器低100倍。这种减少是基于主动和被动屏蔽技术，选择放射纯材料，离线歧视技术和读出的高粒度。我们详细描述的背景模型的检测器，其操作的基础上在CAST网站和Canfranc地下实验室（LSC），以及Geant 4模拟。目前在LSC达到的最佳水平低于10 $^{-7}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$，并显示出该技术在IAO中应用的良好前景。最后，我们提出了一些想法和结果，降低这些探测器的能量阈值低于1千电子伏，使用高透明的窗口，自动触发电子学和研究在不同的能量的集群形状。由于在这个能量范围内预期会有高通量的类轴子粒子，亚千电子伏阈值探测器可以扩大轴子太阳镜的物理情况。
A hybrid structure gaseous detector for ion backflow suppression*
提出了一种用于未来圆对撞机时间投影室的混合结构离子回流抑制气体探测器组件的新概念。它是一个混合结构级联气体电子倍增器（GEM）与Micromegas检测器。Micromegas和GEM都有能力自然减少放大区产生的大部分离子。GEM还充当前置放大器设备，并与Micromegas一起增加气体增益。混合探测器的可行性测试使用${}^{55}$ Fe X射线源进行。对于5.9keV的X射线，能量分辨率优于27%。结果表明，在增益为5000的混合读出结构中，回流比可以达到优于0.2%。
Performance Optimization and Characterization of 7-pad Resistive PICOSEC Micromegas Detectors
Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；Stony Brook University（石溪大学）；NCSR Demokritos（德墨忒尔国家科学研究中心）；University of Bonn（波恩大学）；Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP)（粒子物理实验与仪器实验室）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Jefferson Lab（杰弗逊实验室）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CEA-List, Diamond Sensors Laboratory, CEA-Saclay（CEA-列表，钻石传感器实验室，CEA-萨克雷）；National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）；Ruđer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
Gaseous time projection chambers for rare event detection: Results from the T-REX project. II. Dark matter
作为T-REX项目的一部分，在过去几年中进行了许多研发和原型设计活动，以探索Micromegas读取的气态TPC在稀有事件搜索中的适用性，如双β衰变（DBD），轴子研究和低质量WIMP搜索。虽然在配套文件中，我们专注于DBD，在本文中，我们专注于搜索暗物质候选者，无论是轴子和WIMP的结果。小型超低背景Micromegas探测器被用于对像CERN的CAST这样的轴子太阳镜中预期的X射线信号进行成像。在CAST中已经实现了低至$0.8\times 10^{-6}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的本底水平，而在位于Canfranc地下的地下实验室的测试台中已经获得了低至$\sim10^{-7}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的值。将描述巩固和进一步降低这些值到$\sim10^{-8}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的前景。这样的探测器，放置在未来的IAXO实验的X射线望远镜的焦点，将允许10 $^5$比CAST更好的信噪比，并搜索太阳轴子与$g_{aγ}$下降到几个10 $^{12}$ GeV $^{-1}$，以及进入未探索的轴子参数空间。此外，这些TPC的放大版本，适当屏蔽并放置在地下，可以在寻找低质量WIMP方面具有竞争力。TREX-DM原型，$\sim$ 0.3…
μRWELL-PICOSEC: Precision Timing with Resistive Micro-Well Detector
Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）；IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（IRFU, 法国原子能和替代能源委员会, 巴黎萨克雷大学）；Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学物理系）；Center for Interdisciplinary Research and Innovation (CIRI-AUTH)（跨学科研究与创新中心）；Department for Medical Physics, Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学医学物理系）；European Organization for Nuclear Research (CERN)（欧洲核子研究组织）；Dipartimento di Fisica, Università di Pavia（帕维亚大学物理系）；INFN Sezione di Pavia（意大利国家核物理研究所帕维亚分部）；Department of Physics and Astronomy, Stony Brook University（石溪大学物理与天文学系）；Institute of Nuclear and Particle Physics, NCSR Demokritos（国家科学研究中心德谟克利特研究所核与粒子物理研究所）
New Measurement of the Relative Scintillation Efficiency of Xenon Nuclear Recoils Below 10 keV
液态氙是直接暗物质实验中的一种重要探测介质，用于寻找由夸克与弱相互作用粒子弹性散射产生的低能核反冲。现有的两个测量的相对闪烁效率低于20千电子伏的核反冲导致不一致的外推在较低的能量。这导致了不同的能量尺度，从而导致了液体氙暗物质探测器的灵敏度范围。我们报告了一个新的测量的相对闪烁效率低于10千电子伏的液体氙闪烁探测器，优化最大的光收集。该探测器的内表面的95%以上装有光电倍增管，对于122 keV伽马射线，闪烁产率为19.6光电子/keV电子当量。我们发现，5千电子伏的核反冲的相对闪烁效率为0.14，保持恒定的这个值高达10千电子伏。对于更高的能量反冲，我们测量到的值约为20%，与以前报道的数据一致。根据这一新的测量结果，XENON 10实验的自旋无关的WIMP-核子截面的结果（假设相对闪烁效率为0.19），对于质量为100 GeV/c $^2$的WIMP，从$8.8\times10^{-44}$ cm $^2$变为$9.9\times10^{-44}$ cm $^2$，对于质量为30 GeV/c $^2$的WIMP，从$4.4\times10^{-44}$ cm $^2$变为$5.6\times10^{-44}$ cm $^2$。
Low-energy threshold demonstration for dark matter searches in TREX-DM with an $^{37}$Ar source produced at CNA HiSPANoS
Centro de Astropartı́culas y Fı́sica de Altas Energı́as, Universidad de Zaragoza（加泰罗尼亚高能天体物理与粒子中心，萨拉戈萨大学）；Centro Nacional de Aceleradores（国家加速器中心）；Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）
Low X-ray bakground measurements at the Underground Canfranc Laboratory
Micromegas探测器由于具有良好的空间和时间分辨能力，是稀有事件搜索实验的良好候选者。最近的X射线的背景水平，这些探测器在CAST实验中实现了进一步的研究，在测量的背景水平的性质。特别是，不同的屏蔽配置已在Canfranc地下实验室进行了测试，使用微散装型探测器，这是以前运行在CAST实验。地下的第一个结果表明，这种技术是由低辐射材料制成的，在适当的屏蔽下，能够达到高达$2 \times 10^{-7}$ keV $^{-1}$ s $^{-1}$ cm $^{-2}$的背景水平。此外，Geant 4模拟补充了实验背景测量，可以了解背景的起源，并优化未来的屏蔽设置。
