First search for a dark matter annual modulation signal with NaI(Tl) in the Southern Hemisphere by DM-Ice17
Ice Collaboration, E. Barbosa de Souza, J. Cherwinka, A. Cole, A. C. Ezeribe, D. Grant, F. Halzen, K. M. Heeger, L. Hsu, A. J. F. Hubbard, J. H. Jo, A. Karle, M… 展开作者
Ice Collaboration, E. Barbosa de Souza, J. Cherwinka, A. Cole, A. C. Ezeribe, D. Grant, F. Halzen, K. M. Heeger, L. Hsu, A. J. F. Hubbard, J. H. Jo, A. Karle, M. Kauer, V. A. Kudryavtsev, K. E. Lim, C. Macdonald, R. H. Maruyama, F. Mouton, S. M. Paling, W. Pettus, Z. P. Pierpoint, B. N. Reilly, M. Robinson, F. R. Rogers, P. Sandstrom, A. Scarff, N. J. C. Spooner, S. Telfer, L. Yang
备注：
6 pages, 5 figures, revised version as published in PRD
我们提出的第一个搜索暗物质年度调制信号在南半球进行的NaI（Tl）探测器，由DM-Ice 17实验。来自暗物质相互作用的核反冲预计会产生一个每年调制的信号，与地球半球内的位置无关。DM-Ice 17是DM-Ice实验计划的第一步，由位于南极2200 m.w.e.以下的17 kg NaI（Tl）组成。南极冰川覆盖层采取了超过3.6年的总曝光量为60.8公斤，DM-Ice 17的数据是一致的，没有调制的能量范围为4-20千电子伏，提供最强的限制弱相互作用的大质量粒子暗物质从位于南半球的直接探测实验。DM-Ice 17的成功部署和稳定的长期运行使南极冰成为未来暗物质搜索的可行地点，特别是高灵敏度NaI（Tl）暗物质实验的可行地点，以直接测试DAMA/LIBRA观测暗物质的声明。
英文摘要：
We present the first search for a dark matter annual modulation signal in the Southern Hemisphere conducted with NaI(Tl) detectors, performed by the DM-Ice17 experiment. Nuclear recoils from dark matter interactions are expected to yield an annually modulated signal independent of location within the Earth's hemispheres. DM-Ice17, the first step in the DM-Ice experimental program, consists of 17 kg of NaI(Tl) located at the South Pole under 2200 m.w.e. overburden of Antarctic glacial ice. Taken over 3.6 years for a total exposure of 60.8 kg yr, DM-Ice17 data are consistent with no modulation in the energy range of 4-20 keV, providing the strongest limits on weakly interacting massive particle dark matter from a direct detection experiment located in the Southern Hemisphere. The successful deployment and stable long-term operation of DM-Ice17 establishes the South Pole ice as a viable location for future dark matter searches and in particular for a high-sensitivity NaI(Tl) dark matter experiment to directly test the DAMA/LIBRA claim of the observation of dark matter.
ANAIS-112 status: two years results on annual modulation
ANAIS（Annual Modulation with NaI Scintillators）是一个位于西班牙Canfranc地下实验室（LSC）的暗物质直接探测实验。我们的目标是以一种独立于模型的方式证实或反驳DAMA/LIBRA的阳性结果：低能探测率的年度调制与星系晕中暗物质粒子引起的预期信号相容。这个信号已经观察了大约20年，与其他非常敏感的实验的阴性结果有很大的矛盾，但是仍然缺乏使用相同靶材料NaI（Tl）的直接比较。ANAIS-112由112.5公斤NaI（Tl）蒸发器组成，自2017年8月以来一直在LSC收集数据。在这里，我们提出了初步的年度调制分析，对应于两年的数据（暴露量为220.69千克x y）和ANAIS-112预计的灵敏度为预定的5年的操作。
Background stability and annual modulation test using PICOLON ultra-pure NaI(Tl) detector
Tokushima University（德岛大学）；Tohoku University（东北大学）；Osaka University（大阪大学）；Osaka Sangyo University（大阪产业大学）；University of Tsukuba（筑波大学）；I.S.C.Lab（I.S.C.实验室）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI)（宇宙物质与物理学前沿研究 Kavli 研究所（WPI））；Kobe University（神户大学）；Butsuryo College of Osaka（大阪佛教女子短期大学）；Kamioka Observatory, Institute Cosmic Ray Research, University of Tokyo（东京大学宇宙线研究所高山观测站）；Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学材料科学研究所）
DAMA/LIBRA-阶段1和之前的DAMA/NaI数据（累积暴露量为1.33吨$\times$/年，对应于14个年度周期）提供了9.3 $σ$ C. L的证据。利用高放纯NaI（Tl）靶，在已开发的与模型无关的暗物质年调制特征的基础上，对星系晕中是否存在暗物质粒子进行了研究。结果和比较将很快得到解决，以及目前正在运行的DAMA/LIBRA-phase 2的前景。最后，在本研讨会的讨论部分中提出的一些论点在附录中提到。
Analysis of the 40K contamination in NaI(Tl) crystals from different providers in the frame of the ANAIS project
利用NaI（Tl）大晶体在探测器中的闪烁信号，通过探测器中目标核的弹性散射，寻找银河系中的暗物质粒子。然而，以核反冲形式沉积的能量很小，这增加了将该能量转换成闪烁的低效率，使得处于或非常接近能量阈值的事件，归因于放射性背景或伪噪声（非本体NaI（Tl）闪烁事件），可以损害这样的实验的灵敏度目标。DAMA/LIBRA实验，使用250公斤碘化钠（铊）目标，报告了第一个证据的存在，每年调制的检测率与预期的暗物质信号在6 keVee（电子当量能量）以下的区域兼容。在ANAIS（Annual modulation with NaI Scintillators）暗物质搜寻计划的框架内，为了理解大型碘化钠探测器中极低能量事件的起源，并开发方便的滤波器以滤除那些与大块NaI（Tl）晶体中的闪烁无关的事件，进行了大量而长期的努力。40 K可能是NaI（Tl）探测器中最相关的放射性污染物，因为它在非常低的能量下对本底有重要的贡献。ANAIS的目标是达到或低于20 ppb的天然钾水平。在本文中，我们将报告我们的努力，以确定40 K污染的几个NaI（Tl）晶体之间的符合测量，其中两个（或更多）。本文将比较不同供应商的晶体40 K含量的结果，并简要回顾ANAIS暗物质搜索实验的前景。
Background analysis and status of the ANAIS dark matter project
ANAIS（Annual modulation with NaI Scintillators）是一个项目，目的是在Canfranc地下实验室（LSC）的新设施中建立一个大规模的NaI（Tl）实验，以便使用相同的目标和技术探索DAMA/LIBRA年度调制的积极结果。由Alpha Spectra提供的两个12.5 kg NaI（Tl）晶体在ANAIS-25装置中的LSC处采集数据。ANAIS-25原型的背景模型与实验结果的比较。钍-232和铀-238链的ANAIS晶体放射性纯度目标已经实现，但Pb-210污染的平衡被确定，其来源已被研究。用这些原型获得的高光收集效率允许预期1 keVee量级的能量阈值。2015年3月收到了性能得到改进的新探测器，并显示了非常初步的结果。
DAMA/LIBRA实验由大约250公斤的高放射纯NaI（Tl）组成。它在INFN的地下Gran Sasso国家实验室运行。本实验的主要目的是利用与模型无关的暗物质年调制信号研究星系晕中的暗物质粒子。DAMA/LIBRA实验和以前的DAMA/NaI实验（第一代实验，受照质量约为100千克）公布的结果相当于在13个年周期内总受照量为1.17吨$\times$/年;它们提供了一个独立于模型的证据，证明在8.9 $σ$ C. L.的星系晕中存在DM粒子。另一个年度周期的结果结束了DAMA/LIBRA-第一阶段，已在本次讲习班后公布，此处不包括在内。在2010年秋天，对实验进行了重要的升级。NaI（Tl）探测器的所有PMT已被具有更高量子效率的新PMT替换，目的是降低数据分析中考虑的软件能量阈值。现将简要概述正在运行的DAMA/LIBRA-第2阶段的前景。
Background model of the ANAIS-112 dark matter experiment
ANAIS（Annual modulation with NaI（Tl）Scintillators）实验的目的是在低能探测率下证实或反驳DAMA/LIBRA正的年调制信号。ANAIS-112由9个12.5 kg NaI（Tl）模块组成，自2017年8月以来一直在西班牙Canfranc地下实验室（LSC）收集数据。对三年数据的分析结果与没有调制是一致的。为所有9个ANAIS-112探测器开发的背景模型是根据数据采集第一年的调试数据和非盲事件建立的。现在，背景表征正在从更大的累积曝光中获益。本文介绍了本底模型，并对三年曝光量（考虑不同的分析条件）的能谱和计数率随时间的演化进行了模型和测量的比较。
Bulk NaI(Tl) scintillation low energy events selection with the ANAIS-0 module
从一些目标核散射的暗物质粒子预计以核反冲的形式沉积非常小的能量（低于100 keV）。由于核反冲与电子反冲的闪烁效率低，在寻找暗物质时考虑的大多数闪烁目标中，低于10 keVee的区域集中了大部分预期的暗物质信号。为此，需要非常低的能量阈值（等于或低于2keVee）和非常低的背景。ANAIS（Annual Modulation with NaI Scintillators）实验。对真实闪烁事件的探测器响应函数的良好了解，对在该能量范围内起作用的其他异常或噪声事件群体的良好表征，以及对后者的方便的滤波程序的开发是强制性的，以在如此低的能量下实现所需的低背景。在这项工作中，我们将提出具体的协议，选择散装闪烁事件在碘化钠（铊），其应用程序获得的数据与ANAIS-0原型。预期在NaI（Tl）中由核或电子反冲产生的闪烁脉冲中的时间常数略有差异，因此为了分析这些过滤程序在可归因于暗物质的反冲群体的情况下的效果，使用了中子校准的数据。
ANAIS（用NaI（Tl）闪烁体进行年度调制）实验的目的是在Canfranc地下实验室（LSC）使用相同的目标和技术确认DAMA/LIBRA信号。将使用250公斤超纯NaI（Tl）晶体作为靶，分成20个模块，每个模块质量为12.5公斤，并与两个来自Hamamatsu的高效光电倍增管耦合。LSC的ANAIS-25装置由两个原型组成，总量为25 kg NaI（Tl），由钾含量低于我们分析技术极限的粉末生长而成，并安装在LSC的方便屏蔽中。背景已经仔细分析，主要结果将在本文中总结，重点是在原型和相关的背景贡献中确定的α污染。此外，还将修订ANAIS实验目标的实现状况和ANAIS-250实验建设的前景。
SABRE（具有主动背景抑制的碘化钠）实验将使用由主动闪烁体否决器包围的超纯NaI（Tl）探测器阵列来搜索来自暗物质的年度调制信号，以进一步降低背景。实验的第一阶段是SABRE原理证明（PoP），这是一个在Gran Sasso的Nazionali del Gran Sasso（LNGS）的液体闪烁体填充容器中运行的单个5 kg晶体探测器。SABRE-PoP安装正在进行中，目标是在2018年运行，并进行首次晶体背景的原位测量，测试否决效率，并验证SABRE概念。SABRE的第二阶段将是在LNGS和澳大利亚的Stawell地下物理实验室（SUPL）运行的NaI（Tl）探测器双阵列。通过在两个半球都设置探测器，SABRE将最大限度地减少季节性的系统影响。本文介绍了SABRE活动的现状报告以及最近的蒙特卡罗模拟结果和预期的灵敏度。
Characterisation of Hamamatsu R11065-20 PMTs for use in the SABRE South NaI(Tl) Crystal Detectors
The University of Melbourne（墨尔本大学）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）；The University of Adelaide（阿德莱德大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；The University of Sydney（悉尼大学）；ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics（暗物质粒子物理卓越研究中心）；High-Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））；IMT Atlantique（大西洋高等理工学院）；University of Nantes（南特大学）
SABRE（具有主动背景抑制的碘化钠）实验将使用一系列超纯NaI（Tl）探测器来寻找银河系中暗物质粒子的年度调制信号，这些探测器被一个主动闪烁体否决器包围，以进一步降低它们的固有背景。实验的第一阶段是SABRE原理证明（PoP），这是一个在Gran Sasso的Nazionali del Gran Sasso（LNGS）的液体闪烁体填充容器中运行的单个5 kg晶体探测器。PoP安装正在进行中，目标是在2018年运行，并对晶体背景进行首次原位测量，并测试否决效率，从而验证SABRE概念。已经开发了基于GEANT 4的蒙特卡罗模拟来估计PoP中的背景。最新的模拟基于各种探测器组件的测量或预测的放射性纯度水平，并包括探测器部件几何形状的详细版本。SABRE的第二阶段将是在LNGS和澳大利亚的Stawell地下物理实验室（SUPL）运行的NaI（Tl）探测器双阵列。通过在两个半球都设置探测器，SABRE将最大限度地减少季节性的系统影响。在这项工作中，将介绍LNGS的SABRE PoP活动和最近的蒙特卡罗模拟结果。
The SABRE South Experiment at the Stawell Underground Physics Laboratory
SABRE（具有主动背景抑制的碘化钠）实验旨在检测超高纯度NaI（Tl）晶体中暗物质相互作用的年速率调制，以便对DAMA/LIBRA观察到的信号提供模型独立测试。它由两个独立的探测器组成：SABRE South位于澳大利亚维多利亚州的Stawell地下物理实验室（SUPL），SABRE North位于Gran Sasso的Nazionali del Gran Sasso（LNGS）。SABRE South的设计目的是通过使用主动否决和μ子探测系统，从类似暗物质的调制信号中分离出季节性或与场地相关的影响。超高纯度NaI（Tl）晶体浸没在线性烷基苯（LAB）为基础的液体闪烁体否决，进一步包围被动钢和聚乙烯屏蔽和塑料闪烁体μ子否决。人们已经开展了大量工作来了解和减轻背景过程，其中考虑到来自探测器材料、来自内在和宇宙起源激活过程的辐射，并了解晶体和否决系统的性能。SUPL为位于Stawell金矿地下1024米（约2900米水当量）的新建设施，其建设已于二零二二年年中完成。该实验室将容纳稀有事件物理搜索，包括即将到来的SABRE暗物质实验，以及测量设施，以支持低背景物理实验和应用，如放射生物学和量子计算。SABRE South的调试预计将于2023年进行。本文介绍了实验的设置和投影，以及地下实验室的描述。
