New Concept for Electron Beam-Dump Experiment Utilizing Directional WIMP Detector
在暗区理论的背景下，光暗物质是暗物质的一个有吸引力的候选者，暗物质被认为构成了我们宇宙的大部分质量。在这里，我们探讨了使用低压，负离子，时间投影室探测器搜索电子加速器束流收集器后面的光暗物质的可能性。一个10米长的探测器的灵敏度是几个数量级优于现有的限制。这种灵敏度包括参数空间的区域，其中轻暗物质被预测为具有与测量的暗物质密度一致的所需遗迹密度。浅深度的背景需要仔细考虑。然而，存在几个签名，包括强大的方向签名，即使在存在背景的情况下也可以进行检测。
2019-01-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Directional detection of dark matter with diamond
在不久的将来，WIMP暗物质将对太阳中微子敏感。定向探测提供了一种拒绝太阳中微子和改善WIMP搜索的方法，但现有定向探测器达到这种灵敏度带来了挑战。我们提出了一种结合原子/粒子物理方法，使用大体积的金刚石探测器。WIMP候选事件触发粒子探测器，之后氮空位中心的光谱学读取进入粒子的方向。我们讨论了目前的技术状态，需要实现定向检测钻石，并提出了一个探测器的灵敏度低于中微子地板的路径。
2021-03-03 hep-ph physics.app-ph physics.ins-det
Long-term study of backgrounds in the DRIFT-II directional dark matter experiment
正在为定向暗物质搜索开发的低压气体时间投影室提供了一种具有强大粒子识别能力的技术，这种技术结合了对银河系弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质进行明确探测的潜力。在这样的实验中，一个能够模拟真正的WIMP诱导的核反冲轨道的事件源来自真空容器内氡气体的衰变。由相关子核产生的反冲被称为氡子体反冲（RPR）。我们在这里提出的实验数据，从一个长期的研究，使用DRIFT-II定向暗物质实验在博尔比地下实验室的RPR，和其他背景，揭示了放松正常的削减，适用于WIMP搜索数据。通过使用5.5年的数据在空间和时间坐标上详细检查事件类别，我们证明了确定4个特定背景人群起源的能力，并描述了抑制它们的新技术和缓解策略的发展。
2014-05-12 hep-ex physics.ins-det
Directional dark matter by polar angle direct detection and application of columnar recombination
本文系统地研究了直接暗物质探测器探测反冲核极角的方向灵敏度。利用质量无关的弱相互作用大质量粒子（WIMP）方法，计算了一般探测器在等温星系暗物质晕中的灵敏度。通过使用能量和极角的二维分布，一个没有头尾信息的探测器与6.3倍的统计被发现达到相同的性能水平，作为一个完整的三维跟踪暗物质探测器。最佳的操作方向获得各种实验配置，与空间或地球固定的探测器，有头尾能力或没有，并使用能量信息或不。地球固定探测器被发现有最好的灵敏度时，极轴是在一个45度角从地球的极点。在模拟WIMP信号能量分布的背景污染的情况下，发现性能下降的速度小于信号纯度的下降速度。本文报道了以气态氙为靶材料的探测器在不同能量阈值下的性能随WIMP质量的变化关系。我们发现，与$5\times 10^{-46} \mathrm{cm}^2$自旋无关的WIMP核子截面和30 GeV的WIMP，$770$公斤$\cdot$年的曝光与极性探测器的10 keV阈值可以使一个三西格玛发现的定向WIMP在等温银河系暗物质晕。对于柱状复合探测器，实验的考虑进行了讨论。
2015-08-31 hep-ph physics.ins-det
Directional Detection of Dark Matter Using Solid-State Quantum Sensing
本研究提出基于宽禁带半导体金刚石的混合模式暗物质定向探测器方案，利用亚微米损伤径迹记录方向信号，结合量子传感等技术读出，有望突破中微子本底限制，推动多学科发展与精密暗物质、中微子物理研究。
2023-06-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Recent Progress on D$^3$ -- The Directional Dark Matter Detector
方向敏感的WIMP暗物质搜索可能有助于克服直接暗物质探测实验所面临的挑战。特别是，定向探测器应该能够清楚地区分暗物质信号和背景源。我们正在开发一个定向暗物质探测器（D $^3$）的基础上的气体时间投影室（TPC）使用气体电子倍增器（GEMs）的电荷放大和像素电子读出。这种方法允许在室温探测器中以低能量阈值和低噪声对核反冲进行三维重建。我们提出了一个概述，我们过去和正在进行的工作开发这项技术，包括小型原型的性能测量，以及我们计划未来的工作，构建一个m $^3$ -规模的检测器，以清楚地确定所看到的DAMA，CoGeNT和CRESST-II的信号是否是由于低质量WIMP或背景。
2014-02-01 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Readout technologies for directional WIMP Dark Matter detection
测量WIMP引起的核反冲的方向是一个引人注目的，但技术上具有挑战性的战略，以提供一个明确的银河系暗物质的检测签名。大多数定向探测器的目标是重建暗物质引起的核反冲轨道，无论是在气体或固体目标。定向检测的主要挑战是需要大体积的高空间分辨率，这对读出技术提出了很高的要求。在本文中，我们回顾了各种探测器读出技术所使用的定向探测器。特别是，我们总结了每种方法的挑战，优点和缺点，并讨论了这些技术的未来前景。
2016-10-06 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Dark Matter Directionality Detection performance of the Micromegas-based $μ$TPC-MIMAC detector
本文研究了基于Micromegas的μTPC-MIMAC探测器的暗物质方向性探测性能，通过低能离子束和单能中子场实验测量了核反冲径迹的角分布，发现其角分辨率优于15度，并证明质子是探测轻WIMPs的更优靶材。
2020-07-27 hep-ex physics.ins-det
A review of the discovery reach of directional Dark Matter detection
宇宙学观测表明宇宙中的大部分物质是暗物质。弱相互作用大质量粒子（WIMPs）形式的暗物质可以通过其在目标核上的弹性散射直接被探测到。目前大多数直接探测实验只测量反冲核的能量。然而，定向探测实验对核反冲的方向也很敏感。由于太阳相对于银河系静止坐标系的运动，方向反冲率具有偶极特征，在太阳运动方向附近达到峰值。这为证明核反冲的银河起源提供了一个强有力的工具，从而明确地探测到暗物质。此外，定向反冲分布取决于WIMP的质量，散射截面和当地的速度分布。因此，有了大量的反冲事件，就有可能从粒子和天体物理性质的角度研究暗物质的物理学。我们审查的潜在的定向探测器检测和表征WIMP。
2016-03-17 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Comparing readout strategies to directly detect dark matter
在过去的几十年里，已经开发了几种想法和技术来直接探测来自星系晕的WIMP。所有这些检测策略都有一个共同的目标，即从残余背景中区分出WIMP信号。通过直接探测WIMP，人们可以测量与每个核反冲候选者相关的部分或全部可观测量，例如它们的能量和方向。在这项研究中，我们比较和研究的发现潜力的每一个读出策略，从计数只（泡室）的定向探测器（时间投影室）与1D，2D和3D的灵敏度。使用配置文件的似然分析，我们表明，在一个大的和不可减少的背景污染的情况下，其特征在于类似于预期的WIMP信号的能量分布，方向信息可以提高实验的灵敏度的几个数量级。我们还发现，1d方向检测仅比全3d方向灵敏度低约3倍或10倍（如果我们假设没有感觉识别），如果仅测量事件的能量，则仍提高2倍或更多。
2015-01-22 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.ins-det
Status and Prospects of the DMTPC Directional Dark Matter Experiment
DMTPC定向暗物质探测实验是一个低压CF4气体时间投影室，装有电荷和闪烁光子读出器。这种探测器的设计策略强调重建WIMP引起的核反冲轨道，以确定入射的暗物质粒子的方向。定向探测有可能利用暗物质风的独特角度特征对暗物质进行明确的观测，这种特征与所有已知的背景都不同。本文将简要回顾DMTPC的实验技术和现状。
2011-11-01 physics.ins-det
Intrinsic neutron background of nuclear emulsions for directional Dark Matter searches
核乳胶技术的最新发展导致了具有纳米卤化银颗粒的薄膜的生产，其适合于跟踪具有亚微米长度的低能核反冲。这一改进为定向暗物质探测开辟了道路，从而为正在进行的WIMP搜索提供了一种创新和补充的方法。这些搜索的一个重要的背景源是由中子引起的核反冲，可以模仿WIMP信号。在本文中，我们提供了一个估计的贡献，这本底从固有的放射性污染的核乳胶。我们还报告了作为读出阈值的函数的诱导背景，通过使用GEANT 4模拟的核乳胶，表明它相当于约0.06中子每年每公斤，完全兼容的设计的10公斤$\times$年曝光。
2016-06-02 astro-ph.IM 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
Carbon nanotubes as anisotropic target for dark matter
暗物质（DM）粒子的定向探测可以通过研究大型平行碳纳米管阵列中的离子或电子反冲来实现。例如，MeV质量的DM粒子可以散射晶格电子，导致足够的能量转移以从纳米管表面喷射电子。只要外加一个电场，从阵列的开口端驱动电子，最终就能检测到电子。该检测方案将提供各向异性响应，并且可以用于选择目标相对于DM风的取向。一个紧凑的传感器，其中的阴极元件被替换为一个密集的平行碳纳米管阵列，可以作为基本的检测单元，如果充分复制，将允许探索一个重要的区域轻DM质量和横截面。类似的检测方案可用于检测质量在GeV范围内的DM颗粒，其从CNT表面散射并喷射碳离子。我们报告了这种系统的蒙特卡罗模拟和探测器原型的研发。
2019-11-04 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Directional detection of Dark Matter with the MIcro-tpc MAtrix of Chambers
与普通物质弱相互作用的粒子，其相关质量为原子核（WIMPs）量级，是暗物质的可能候选者。由这些WIMP之一引起的靶核的弹性碰撞的直接检测必须与由中子产生的信号区分开，中子产生的信号在检测器中留下相同的信号。MIMAC（MIcro-tpc MAGNETIC of Chambers）合作开发了一种原始的原型探测器，该探测器将大型像素化Micromegas与快速自触发电子器件相结合。介绍了Modane地下实验室中运行的双室模块的各个方面：$^{222}$ Rn子体的校准和表征。建立了一个新的实验台，它结合了MIMAC室和COMIMAC便携式淬火线，用于表征MIMAC混合气体中低能离子的三维径迹：给出了初步结果。简要讨论了今后的步骤。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Optimisation of amplification and gas mixture for directional Dark Matter searches with the CYGNO/INITIUM project
本文围绕CYGNO/INITIUM方向性暗物质探测项目，研究通过优化光产额、引入高电负性气体抑制电子云扩散，并利用统计工具评估方向性探测器在设定WIMP-核子灵敏度极限及区分不同暗物质模型方面的性能。
2025-07-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Sub-GeV Dark Matter Detection with Electron Recoils in Carbon Nanotubes
通过研究平行碳纳米管大阵列中的电子反冲，可以实现MeV质量范围内暗物质粒子（DM）的定向探测。在与晶格电子的散射过程中，DM颗粒可能会转移足够的能量以将其从纳米管表面射出。添加外部电场以将电子从阵列的开口端驱动到检测区域。该检测方案的各向异性响应，作为相对于DM风的目标的取向的函数，计算，并得出结论，没有直接测量的电子喷射角是需要探索光DM排除图的重要区域。一个紧凑的传感器，其中的阴极元件被替换为一个密集的平行碳纳米管阵列，可以作为基本的检测单元。
2017-11-23 hep-ph physics.ins-det
Discovery potential for directional Dark Matter detection with nuclear emulsions
直接寻找暗物质是当今最热门的研究课题之一，许多实验努力致力于寻找由弱相互作用大质量粒子（WIMPs）散射引起的核反冲。探测器能够重建原子核对散射的WIMP的反冲方向，这开辟了一个新的领域，可能将暗物质的研究扩展到中微子背景之外。利用方向性还可以通过明确的信号背景分离来证明暗物质的星系起源。事实上，反冲核的角分布集中在天鹅座的方向，而背景分布预计是各向同性的。目前的定向实验是基于气体TPC，其灵敏度是有限的小可实现的检测器质量。在本文中，我们提出了一个定向实验的基础上使用的固体目标，新开发的核乳胶和光学读出系统达到前所未有的纳米分辨率的发现潜力。
2018-01-19 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
CYGNUS: Feasibility of a nuclear recoil observatory with directional sensitivity to dark matter and neutrinos
现在，传统的弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质搜索正在接近中微子底，对核反冲方向敏感的探测器的兴趣已经复苏。大规模定向探测器的吸引力在于，它的灵敏度低于中微子底部，能够明确地确定所谓的暗物质信号的星系起源，并且可以作为中微子观测站发挥双重作用。我们提出了第一个1000米的$^3$规模的探测器能够在低能量下测量定向核反冲信号的详细分析。我们提出了一个模块化和多站点天文台组成的时间投影室（TPC）充满氦气和SF $_6$在大气压。根据TPC读出技术，10-20个高于6 keVr的氦反冲或仅3-4个高于20 keVr的反冲就足以区分10 GeV的WIMP信号和太阳中微子背景。高分辨率的电荷读出还实现了远低于10 keV的强大电子背景抑制能力。我们详细介绍了1000 m $^3$规模的背景和现场要求，并确定了需要提高放射性纯度的材料。最后一个实验，我们命名为CYGNUS-1000，将能够观察到10-40个来自太阳的中微子，这取决于最终的能量阈值。在相同的曝光量下，对自旋无关的截面的灵敏度将扩展到目前尚未探索的亚10 GeV参数空间。对于自旋相关的相互作用，10 m $^3$规模的实验已经可以与即将到来的第二代探测器竞争，但CYGNUS-1000将大大改善这一点。更大的体积将带来对来自更广泛来源的中微子的敏感性，包括银河系超新星，核反应堆和地质过程。
2020-12-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter directional detection: comparison of the track direction determination
已经提出了几种定向技术用于暗物质的定向探测，其中包括各向异性晶体探测器、核乳胶板和低压气态TPC。关键是要获得由于WIMP的弹性散射引起的核反冲的初始方向。在这篇文章中，我们的目的是估计，对于每种方法，如何反冲轨道的初始方向的信息被保存在不同的探测器材料。我们使用SRIM模拟代码来模拟每种材料中第一个反冲核的运动。我们建议使用一个新的观察，D，量化保存的反冲核在检测器中的初始方向。我们表明，在乳液混合物和各向异性晶体，初始方向是失去了非常早，而在一个典型的TPC气体混合，方向是保存完好。
2017-01-16 astro-ph.IM physics.ins-det
Directional dark matter detection sensitivity of a two-phase liquid argon detector
我们研究了一个大规模的两相液氩探测器的暗物质信号的方向性的灵敏度。进行这项研究的假设下，超过50千电子伏的反冲能量，可以确定（具有一定的分辨率）的反冲核的方向，而没有头-尾歧视，如建议利用的依赖性的柱状复合的反冲核方向和电场之间的角度过去的研究。在本文中，我们研究的微分相互作用反冲率作为一个函数的反冲方向角相对于天顶的探测器位于Gran Sasso国家天文台，我们确定其昼夜和季节的调制。使用似然比为基础的方法，我们表明，与单独的角度信息，100个事件足以拒绝在三个标准差水平的各向同性假设。对于100吨年的辐照量，这相当于在200 GeV的WIMP质量下，自旋无关的WIMP-核子截面约为10^-46 cm ^2。本文的结果为实验测定两相液氩探测器中的定向反冲效应提供了有力的动力。
2019-01-14 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Dark Matter directional detection with MIMAC
定向探测是一种很有前途的直接暗物质搜索策略。在银道坐标系中，WIMP事件的核反冲径迹角分布应呈现各向异性。该策略需要测量具有约5 keV的阈值的反冲能量，并且3D反冲跟踪下降到几毫米。MIMAC项目以\textmu -TPC矩阵为基础，包括$CF_4$和$CHF_3$，正在开发中。2012年6月，在LSM（Modane的Souterrain）安装了一个双室原型。对前四个月数据采集的初步分析首次允许观察到来自$\mathrm{^{222}Rn}$子代的反冲。
2013-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
MIMAC: MIcro-tpc MAtrix of Chambers for dark matter directional detection
非重子暗物质的定向探测是区分WIMP事件和中子的一种很有前途的搜索策略，中子是暗物质直接探测的最终背景。这种策略需要精确测量的能量下降到几个千电子伏和三维重建的轨道下降到几毫米。MIMAC（MIcro-tpc MAGNETIC的商会）合作在过去几年中开发了一个原始的原型探测器的基础上直接耦合的大型像素化micromegas与一个特殊的开发快速自触发电子显示的可行性，新一代的定向探测器。第一个双室原型已于2012年6月安装在Modane地下实验室。显示了第一个背景事件、增益稳定性和校准。第一个频谱的核反冲显示来自氡子体的三维轨道。
2013-11-04 astro-ph.CO physics.ins-det
Radon in the DRIFT-II directional dark matter TPC: emanation, detection and mitigation
从材料中放射出的氡气在环境科学中很受关注，也是稀有事件非加速器粒子物理实验（如暗物质和双β衰变搜索）中的主要关注点，在这些实验中，氡气是背景的主要来源。在暗物质实验中值得注意的是氡子体反冲（RPR）的产生，氡子体同位素的低能（~100 keV）反冲，可以模拟WIMP相互作用的预期信号。这里介绍的是在1米立方体DRIFT-II定向暗物质气体时间投影室实验中对探测器材料氡射气的测量结果。建造和操作的氡射气设施，这项工作的描述，随着分析，以持续监测DRIFT数据的存在，内部222 Rn和218 Po。应用这种分析历史漂移数据，我们展示了如何系统的替代品，选择该设备的低氡放射性的探测器材料的替代品，导致了一个因素的内部氡率减少~10。水平被认为是一致的总和从单独的氡射气测量的内部材料，也与直接测量使用一个附加的阿尔法光谱仪。DRIFT-IId探测器对222 Rn的灵敏度为2.5 μBq/l，具有很高的分析效率，有望成为材料灵敏测氡的新工具。
2014-08-25 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
GEM-based TPC with CCD Imaging for Directional Dark Matter Detection
本文介绍一种基于GEM的高分辨率CCD读出TPC，用于方向性暗物质探测，实现低能电子与核反冲径迹的精确测量和背景甄别。
2016-09-23 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
3-D Tracking of Nuclear Recoils in a Miniature Time Projection Chamber
核反冲的三维重建对于快速中子的定向探测和对弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的方向敏感的搜索是很有意义的，而WIMPs可能构成宇宙的暗物质。我们证明了这种能力与一个微型气体目标时间投影室（TPC）的漂移电荷是雪崩倍增与气体电子倍增器（GEM）和检测与ATLAS FE-I3像素专用集成电路（ASIC）。我们报告的性能表征的检测器，包括测量的增益，增益分辨率，点分辨率，扩散，角分辨率和能量分辨率与低能量的X射线，宇宙射线和α粒子，使用气体Ar：CO $_2$（70：30）和他：CO $_2$（70：30）在大气压下。我们讨论了未来的影响，更大的定向中子和暗物质探测器。着眼于设计和选择这些组件，我们概括我们的结果到检测器性能的分析表达式尽可能。最后，我们展示了3-D定向检测的快中子源。
2014-07-25 astro-ph.IM physics.ins-det
The CYGNO experiment, a directional detector for direct Dark Matter searches
本文介绍CYGNO实验，其采用GEM放大与sCMOS/PMT光学读出的气体TPC，实现O(1) keV三维径迹和本底排除，并计划在LNGS部署0.4 m³验证样机以评估低质量WIMP探测灵敏度。
2023-06-07 physics.ins-det
