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
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
Direct measurement of the ionization quenching factor of nuclear recoils in germanium in the keV energy range
本文报道了在$_{nr}$能量为0.4 ~ 6.3keV范围内，锗的电离猝灭因子的测量。在这个能量范围内精确了解这一因素与用锗基探测器进行的相干弹性中微子-核散射和低质量暗物质搜索有关。用单能中子束辐照高纯锗靶，在很低的能量阈值下产生核反冲。通过与周围基于液体闪烁体的中子探测器的运动学约束符合直接测量电离猝灭因子的能量依赖性。详细讨论了测量的系统不确定度。在[0.4，6.3] keV $_{nr}$能量范围内，测量的猝灭因子在0.16和0.23之间，数据与Lindhard理论兼容，参数$k$为0.162 $\pm$ 0.004（stat+sys）。
2022-09-19 hep-ex 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
Ionization Efficiency Study for Low Energy Nuclear Recoils in Germanium
我们利用锗-72的内转换（$E_0$跃迁）间接测量了锗的低能核反冲。结合可靠的蒙特卡罗程序包（我们在其中实施了内部转换过程），将数据与Lindhard（$k$ =0.159）和Barker-Mei模型进行了比较。形状分析表明，这两个模型同意以及在该地区的数据在4%以内的利益。由形状分析得到的核反冲的最可几值（MPV）为17.5 keV，平均程长为0.014 $μ$ m。
2013-06-06 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
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
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
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
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
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
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
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
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
Nuclear-recoil energy scale in CDMS II silicon dark-matter detectors
低温暗物质搜索（CDMS II）实验旨在探测半导体探测器中从原子核弹性散射的暗物质粒子。由此产生的核反冲能量沉积检测电离和声子传感器。中子在这种探测器中产生类似的低能核反冲谱，而大多数其他背景产生电子反冲。核反冲的绝对能量标度是正确解释结果所必需的。能量标度可以在CDMS II硅探测器中使用从广谱$^{252}$ Cf源入射的中子来确定，利用在反冲（中子）能量接近20（182）keV时硅的中子弹性散射截面中的显著共振。结果表明，核反冲的声子收集效率比相同能量的电子反冲低$4.8^{+0.7}_{-0.9}$ %。核反冲的电离信号与先前由其他小组在更高电场下测量的电离信号的比较表明，在$\sim$ 4 V/cm下操作的CDMS II硅探测器的电离收集效率对于低于20 keV的核反冲与100%一致，并且对于更大的能量逐渐降低到100 keV下的$\sim$ 75%。这些测量对先前发表的CDMS II硅结果的影响很小。
2018-07-27 astro-ph.IM 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
Analysis of radiation damage in silicon charge-coupled devices used for dark matter searches
晶体探测器中的核反冲会产生晶体缺陷形式的辐射损伤，这些缺陷可以在科学级CCD中测量，因为器件中温度升高会刺激泄漏电流的局部热点。在这一过程中，我们使用中子源产生DAMIC-M CCD中的缺陷，并使用在不同温度下漏电流的增加，我们演示了一个程序，用于识别晶体缺陷的DAMIC-M实验的CCD。这是第一次对核反冲产生的单个缺陷进行研究。该技术可用于区分某些能量范围内的核反冲和电子反冲，这将提高CCD探测器寻找弱相互作用暗物质的能力。
2022-11-07 cond-mat.mtrl-sci hep-ex nucl-ex
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
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
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
First detection of tracks of radon progeny recoils by MIMAC
MIMAC实验是一个用于定向暗物质搜索的$μ$ -TPC矩阵项目。定向探测是一种基于测量由于太阳系相对于暗物质晕的运动而引起的WIMP通量各向异性的策略。MIMAC计划的主要目的是测量WIMP弹性散射产生的三维核反冲能量和方向。自2012年6月以来，一个双室原型在Modane地下实验室运行。本文首次报道了氡子体产生的核反冲的电离能和三维径迹观测。该测量显示了MIMAC探测器的能力，并为探索低能反冲方向性特征提供了可能性。
2017-06-20 astro-ph.IM nucl-ex 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
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
First measurement of the nuclear-recoil ionization yield in silicon at 100 eV
首次在100 eV低能下测量硅的核反冲电离产额，未发现电离阈值，需进一步研究理论并确定探测器响应函数。
2023-03-03 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
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
Proton recoil telescope based on diamond detectors for measurement of fusion neutrons
金刚石是聚变反应堆等恶劣环境下中子诊断的理想材料。首先，这是因为它们的辐射硬度超过硅一个数量级。此外，与标准的在线中子诊断（裂变室、硅基探测器、闪烁器）相比，金刚石对$γ$射线不太敏感，而$γ$射线代表了聚变装置中的巨大背景。最后，它们在高温下的低漏电流抑制了探测器的固有噪声。本文提出了一种CVD金刚石基探测器，用于D-T聚变反应产生的14 MeV中子的测量。探测器被安排在一个质子反冲望远镜配置，具有在敏感体积的前面，以诱导（n，p）反应的塑料转换器。通过使用两个晶体实现的敏感体积的分割，允许在重合的情况下执行测量，这抑制了中子弹性散射背景。在FNG（Frascati中子发生器，ENEA）组装和测试了初步原型，在效率和能量分辨率方面显示出有希望的结果。
2015-05-23 nucl-ex physics.ins-det
$\texttt{nrCascadeSim}$ -- 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
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
Performance of the First 150 mm Diameter Cryogenic Silicon Ionization Detectors with Contact-Free Electrodes
在100 mK以下的温度下工作的低温半导体探测器通常用于寻找暗物质的粒子物理实验。最大的这种锗和硅探测器，直径为100毫米，厚度为33毫米，计划用于加拿大SNOLAB的超级低温暗物质搜索（SuperCDMS）实验。为了扩大未来实验的敏感质量，正在研究更大的单个探测器。我们在这里提出的第一个测试结果的两个原型150毫米直径的硅离子化探测器。探测器的厚度分别为25毫米和33毫米，质量分别是目前计划用于超级CDMS的探测器的1.7倍和2.2倍。这些器件与无接触偏置电极一起工作，以使目前限制在高偏置电压下工作的漏电流最小化。一个检测器的仪器读出电离信号，使用一个单一的无接触读出电极和其他电极阵列上的晶体表面图案。结果表明，使用大体积硅探测器和无接触电极安排按比例增加固态低温探测器的质量和偏置电压的承诺。
2018-08-20 physics.ins-det
Nuclear Recoil Identification in a Scientific Charge-Coupled Device
本文提出利用电离事件与晶格缺陷的空间关联逐事例识别CCD中的核反冲，并通过中子源和γ源实验验证了该方法在宽能量范围内的高效识别能力，可有效抑制电子反冲本底。
2024-08-12 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
A new approach to achieving high granularity for silicon diode detectors with impact ionization gain
低增益雪崩二极管（LGAD）是薄（20-50 $μm$）硅二极管传感器，具有适度的内部增益（通常为5至50）和出色的时间分辨率（17 $ps$至50 $ps$）。然而，由于需要在读出焊盘的边界处包括保护结构以避免由于大的局部电场而导致的过早击穿，因此这种器件的粒度限于毫米级。在本文中，我们提出了一种新的方法-深结LGAD（DJ-LGAD）-从读出平面的高场增益区。这种方法预计将可实现的LGAD粒度提高到数十微米级，同时保持分段电极上的直接电荷收集。
2021-01-02 physics.ins-det
Low energy electron/recoil discrimination for directional Dark Matter detection
定向探测是一种很有前途的暗物质搜索策略。即使它可以适应相当大的背景污染，电子/反冲歧视仍然是一个关键和具有挑战性的问题，方向不敏感的探测器。3D径迹的测量可用于区分电子与核反冲。虽然在20 keV电离以上预期高抑制功率，但在低能量下需要专用数据分析。在识别判别观测量后，提出了一种多变量分析，即提升决策树，使暗物质搜索的有效事件标记。我们表明，它使我们能够优化拒绝，同时保持一个相当高的效率，这是强制性的稀有事件search.With顺序分析，拒绝是约20倍高的多变量分析，对于相同的暗物质排除限制。
2012-07-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Micro-physics simulations of columnar recombination along nuclear recoil tracks in high-pressure Xe gas for directional dark matter searches
方向灵敏度是WIMP暗物质研究的一个重要方面。然而，在大的目标质量下使核反冲的方向可见是一个挑战。为了实现这一目标，我们正在探索一种新的方法，通过利用柱状复合来检测高压氦气中短核反冲轨道的方向，长度可达几微米。柱状复合根据径迹和电场方向之间的角度改变闪烁和电离产率。为了实现这一点，电子的有效冷却至关重要。为了增强这种效应，三甲基胺（TMA）是一种候选添加剂，它不仅能有效地冷却电子，而且能通过潘宁转移增加柱状复合的量。我们进行了详细的模拟电离电子输运产生的核反冲在一个N2O3 + TMA气体混合物，并评估了柱状重组信号的大小。结果表明，在某些理想情况下，可以获得的方向性信号的磁道长度超过几个微米。虽然仍需要更多的研究与现实的假设，以评估这种技术的可行性，这可能打开了一个新的可能性暗物质搜索。
2015-05-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
A Thin Foil-foil Proton Recoil Spectrometer for DT neutrons using annular silicon detectors
使用薄膜质子反冲（TPR）谱仪测量氘氚（DT）聚变等离子体中的中子已经被研究过，并且是一种成熟的中子谱测量技术。这里提出的研究重点是TPR光谱仪配置的优化dE和E硅探测器组成。此外，还研究了该谱仪测定类DT等离子体中燃料离子温度和燃料离子密度比的能力。为了计算探测效率和能量分辨率作为几个光谱仪几何参数的函数，开发了Python代码。关于几何光谱仪参数箔厚度、从箔到第一检测器的距离和两个检测器之间的距离，使用多目标优化，即帕累托图分析，对所选分辨率值进行检测效率的优化。此外，还研究了探测器分段对谱仪能量分辨率和效率的影响。该代码还产生了两个选定的光谱仪配置的响应函数。用SPEC程序模拟了谱仪测量燃料离子温度和燃料离子密度比n_t/n_d的性能。所提出的结果包括所选择的光谱仪配置与计算的能量分辨率和效率。对于5%的选定光谱仪分辨率，实现了约0.003%的最大效率。此外，检测器分段允许光谱仪效率提高20%，能量分辨率为4.3%。ITER对n_t/n_d比测量精度要求为20%，对温度测量精度要求为10%，在100 ms的采样窗口内，采用几个同类型的TPR的组合可以达到这一要求，以提高效率。
2019-02-20 physics.ins-det physics.plasm-ph
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
Enhancement of NEST Capabilities for Simulating Low-Energy Recoils in Liquid Xenon
贵元素模拟技术（NEST）是一个详尽的模型集合，解释了贵元素的闪烁光和电离产额作为粒子类型（核反冲、电子反冲、α）、电场和入射能量或能量损失dE/dx的函数。它被打包为Geant 4的C++代码，实现了上述模型，覆盖了默认模型，该模型没有考虑某些复杂性，例如与电子反冲（ER）相比，核反冲（NR）的产量减少。我们在这里提出了改进现有的NEST模型和更新的代码，使包更现实，并把它变成一个更成熟的蒙特卡罗模拟。在得出当前模型时，已考虑了迄今为止NR和ER上所有可用的液体氙数据。此外，NEST解决了核反冲的光和电荷产额的大小，包括它们的电场依赖性的问题，从而揭示了液体氙探测器检测或排除低质量暗物质WIMP的可能性。
2013-07-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Study of impact ionization coefficients in silicon with Low Gain Avalanche Diodes
本文通过多种 LGAD 的增益测量评估现有碰撞电离模型，提出新的电子和空穴碰撞电离系数参数化，并用 TCAD 仿真验证其优于现有模型。
2022-11-29 hep-ex physics.ins-det
A New Analysis Method for WIMP searches with Dual-Phase Liquid Xe TPCs
提出了一种新的基于物理观测量的WIMP暗物质研究数据分析方法。传统上，来自液体靶中散射的核反冲能量已经通过在相互作用顶点处产生的初始瞬发闪烁光（S1）来估计。电离电荷（C2）或其二次闪烁（S2）与Log（S2/S1）与S1中的一次闪烁相结合，仅作为电子反冲背景的鉴别参数。支持C2作为更可靠的核反冲能估计比S1的参数。Log（S1/C2）vs.C2的新相空间被引入作为对于核反冲接受更有效的相空间，并且表现出优越的能量分辨率。这是在不损害LIGHTTPC的鉴别能力，也不损害其3D事件重建和基准化能力的情况下实现的，就像只利用电离通道的分析一样。最后，提出了两个独立的能量估计器的概念，用于背景抑制：E2作为主要的（基于C2）和E1作为次要的（基于S1）。Log（E1/E2）与E2的关系被证明是评估WIMP信号候选者的最合适的相空间。
2012-06-22 astro-ph.IM 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
First 3D vector tracking of helium recoils for fast neutron measurements at SuperKEKB
我们目前的结果，从第一次部署的新型，高清晰度，紧凑的气体时间投影室（TPC）与像素芯片读出的BEAST II光束背景测量项目的一部分，在SuperKEKB。TPC提供了标准温度和压力下氦和二氧化碳目标气体混合物中中子诱导核反冲电离的详细3D成像。我们发现优秀的电子背景抑制，导致背景无核反冲测量超过50 keVee，尽管极端的高背景环境。我们测量的角分辨率优于20°的反冲轨道长度超过1.7毫米，对应的平均电离能的~100 keVee。我们还获得了3D矢量方向的氦反冲利用沿反冲轴的电荷分布测量，与正确的头/尾分配效率约为80%。有了这个性能，我们提出了测量和模拟的事件率，反冲能谱，和定向分布起源于束气和Touschek束损失SuperKEKB之间的比较。我们利用头/尾识别区分Belle II坐标系中具有正径向速度的中子分量与具有相反方向的中子分量。最后，我们提出了一种新的方法，区分束气相互作用的Touschek光束损失，可以消除需要专门的加速器运行的背景测量。这种方法仍然是有限的。然而，未来的研究应该能够验证这种方法，这反过来又可能导致中子背景分析运行与正常的Belle II操作共生。这里展示的能力也表明，高清晰度反冲成像气体TPC适用于低能量，低背景的实验，如定向暗物质搜索。
2021-10-20 hep-ex physics.ins-det
Measurement of Low Energy Nuclear Recoil Events with the phonon-mediated Voltage-Assisted Hybrid Detector for Rare Event Searches
本文介绍了一种声子介导混合探测器，通过软件触发技术测量约500 eV_ee的低能核反冲事件，并将电子反冲背景降低95%，用于稀有事件搜索。
2024-11-11 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
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
Energy dependence of W values for protons in hydrogen
对于能量范围在1 MeV和4.5 MeV之间的质子，获得了在分子氢中产生离子对所需的平均能量$W$。的W值来自现有的实验数据弹性{ \it $π^-$ p}散射在40 GeV的电子束能量。在实验中，电离室IKAR充氢压力为10伏，同时作为气体靶和反冲质子探测器。对于选定的事件的弹性散射，反冲质子产生的电离产率在IKAR测量，而确定的能量通过运动学的散射角的入射粒子测量系统的多丝正比室。由来自沉积在室电极上的$^{234}$ U的$α$源的$α$粒子产生的电离用于W值的绝对归一化。H $_2$中质子的$W$的能量依赖性表明，在所测量的能量范围内，随着能量的增加，$W$异常增加。在能量为4.76MeV时，α粒子的电离产额比质子的电离产额大2%。
2014-05-22 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
A coherent understanding of low-energy nuclear recoils in liquid xenon
液体氙探测器，如XENON10和XENON100，通过寻找仅几keV的核反冲（略高于探测器阈值），获得了对光（<10 GeV）粒子暗物质的灵敏度的很大一部分。然而，在这种能量状态下，探测器阈值和分辨率的正确处理仍然不清楚。液体氙的闪烁产额对核反冲的能量依赖性也严重影响探测器的灵敏度，但许多测量都没有成功地获得一致的结果。在本文中，我们表明可以利用检测到的电离与闪烁的比率来限制闪烁产率。我们还提出了一个严格的处理液体氙探测器的阈值和能量分辨率。值得注意的是，有效能量分辨率与简单的泊松分布显著不同。我们的结论与计算的暗物质排除限制，并表明，现有的数据从液体氙探测器强烈约束最近的解释轻暗物质。
2010-09-07 astro-ph.IM hep-ph physics.ins-det
The Impact of Incorporating Shell-corrections to Energy Loss in Silicon
基于混合或完全集成CMOS技术的现代硅跟踪探测器正在继续推动更薄的传感器。非常薄的硅传感器中的电离能损失波动显著偏离朗道分布。因此，我们已经开发了一个电荷沉积设置，实现了Bichsel离散功能，这占壳效应。这种增强的模拟是重要的比较与测试束或碰撞数据与薄的传感器，通过再现更真实的退化的位置分辨率与天真的电离模型的基础上简单的朗道波动。我们在Geant 4中实现的Bichsel模型和多用途光吸收电离（PAI）模型在几微米厚度以上产生类似的结果。在几微米以下，PAI模型不能完全捕获Bichsel模型中的完整壳效应。该代码作为Allpix软件包的一部分公开提供，以便于预测新的探测器设计和与测试束数据的比较。
2019-06-29 physics.ins-det
A new gas-based proton-recoil telescope for quasi-absolute neutron flux measurements between 0.2 and 2 MeV neutron energy
中子注量率的绝对测量是中子感生截面测量、中子束线表征和剂量学研究的必要前提。研制了一种基于质子反冲过程的气体中子探测器，用于测量0.2 ~ 2 MeV中子通量。该探测器由两个分段电离室组成，采用Micromegas技术，可提供准绝对中子通量测量，精度为\simeq 3%。气压的灵活性使望远镜对γ和电子背景不敏感，因此作为中子通量仪器比半导体材料更有优势。可调节的气体压力和H样品厚度，Micromegas技术的使用和跟踪能力允许在大动态范围内检测中子，低至200 keV，具有良好的散射中子事件和随机背景抑制
2019-01-18 nucl-ex physics.ins-det
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
Performance of the ReD TPC, a novel double-phase LAr detector with Silicon Photomultiplier Readout
设计并建造了一个有效质量为185 g的双相氩时间投影室（TPC），用于反冲方向性（ReD）实验。ReD项目的目的是研究基于氩的TPC通过柱状复合对感兴趣的能量范围（20-200 keV $_{nr}$）内的核反冲的定向灵敏度，用于直接暗物质搜索。的关键新功能的ReD TPC是一个读出系统的基础上，低温硅光电倍增器，这是雇用和连续运行的第一次在氩TPC。在六个月的时间里，ReD TPC在各种操作条件下使用$γ$射线和中子源进行了调试和表征，证明了光学传感器的出色稳定性和结果的可重复性。TPC的闪烁增益和电离放大分别为$g_1 = (0.194 \pm 0.013)$ PE/光子和$g_2 = (20.0 \pm 0.9)$ PE/电子。电离闪烁信号的比率（S2/S1），有助于积极识别的候选人诱导的WIMPs定向信号，已被调查的核和电子反冲。在183 V/cm的漂移场下，对于大约60-90 keV $_{nr}$的核反冲，测量到12%的S2/S1色散，而对于沉积60 keV能量的电子反冲，测量到18%的S2/S1色散。这里报告的检测器性能满足所需的要求，以实现主要的科学目标的ReD实验中的方向性效应，由于柱状重组的搜索。在LAr的复合概率的唯象参数化，并用于建模的依赖性闪烁淬灭和电荷产量的漂移场之间的电子反冲50-500 keV和字段高达1000 V/cm。
2021-06-24 physics.ins-det
The first dual-phase xenon TPC equipped with silicon photomultipliers and characterisation with $^{37}$Ar
第一次，一个小型的双相（液体/气体）氙时间投影室配备了一个顶部阵列的硅光电倍增器的光和电荷读出。在这里，我们详细描述了仪器，以及数据处理和事件位置重建算法。我们在水平面上获得了~1.5 mm的空间分辨率。为了验证检测器的性能，我们显示校准数据与内部$^{83\text{m}}$ Kr和$^{37}$ Ar源，我们详细介绍了后者的生产以及其引入系统。我们最后比较观察到的光和电荷产量下降到电子反冲能量为2.82千电子伏的预测的基础上NEST v2.0。
2021-11-01 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
RIPTIDE: a novel recoil-proton track imaging detector for fast neutrons
针对快中子探测中反冲质子径迹成像效率低的问题，本文提出 RIPTIDE 系统，利用塑料闪烁体、CMOS 或微通道板成像器件实现反冲质子径迹的时空重建与中子能谱测量。
2023-12-07 nucl-ex physics.ins-det
