The Electronics, Trigger and Data Acquisition System for the Liquid Argon Time Projection Chamber of the DarkSide-50 Search for Dark Matter
DarkSide Collaboration, P. Agnes, I. F. M. Albuquerque, T. Alexander, A. K. Alton, K. Arisaka, D. M. Asner, M. Ave, H. O. Back, B. Baldin, K. Biery, V. Bocci, G… 展开作者
DarkSide Collaboration, P. Agnes, I. F. M. Albuquerque, T. Alexander, A. K. Alton, K. Arisaka, D. M. Asner, M. Ave, H. O. Back, B. Baldin, K. Biery, V. Bocci, G. Bonfini, W. Bonivento, M. Bossa, B. Bottino, A. Brigatti, J. Brodsky, F. Budano, S. Bussino, M. Cadeddu, M. Cadoni, F. Calaprice, N. Canci, A. Candela, H. Cao, M. Caravati, M. Cariello, M. Carlini, S. Catalanotti, V. Cataudella, P. Cavalcante, A. Chepurnov, C. Cicaló, A. G. Cocco, G. Covone, L. Crippa, D. D'Angelo, M. D'Incecco, S. Davini, A. deCandia, S. DeCecco, M. DeDeo, G. DeFilippis, G. DeRosa, M. DeVincenzi, A. Derbin, A. Devoto, F. DiEusanio, C. Dionisi, G. DiPietro, E. Edkins, A. Empl, A. Fan, G. Fiorillo, K. Fomenko, G. Forster, D. Franco, F. Gabriele, C. Galbiat, S. Giagu, C. Giganti, G. K. Giovanetti, A. M. Goretti, F. Granato, L. Grandi, M. Gromov, M. Guan, Y. Guardincerri, B. R. Hackett, K. R. Herner, D. Hughes, P. Humble, E. V. Hungerford, Aldo Ianni, Andrea Ianni, I. James, T. N. Johnson, K. Keeter, C. L. Kendziora, V. Kobychev, G. Koh, D. Korablev, G. Korga, A. Kubankin, X. Li, M. Lissia, B. Loer, P. Lombardi, G. Longo, S. Luitz, Y. Ma, A. Machado, I. N. Machulin, A. Mandarano, S. M. Mari, J. Maricic, L. Marini, C. J. Martoff, P. D. Meyers, T. Miletic, R. Milincic, D. Montanari, A. Monte, M. Montuschi, M. E. Monzani, P. Mosteiro, B. J. Mount, V. N. Muratova, P. Musico, A. NavrerAgasson, A. Nelson, S. Odrowsk, A. Oleinik, M. Orsini, F. Ortica, L. Pagani, M. Pallavicini, E. Pantic, S. Parmeggiano, K. Pelczar, N. Pelliccia, A. Pocar, S. Pordes, D. A. Pugachev, H. Qian, K. Randle, G. Ranucci, M. Razeti, A. Razeto, B. Reinhold, A. L. Renshaw, M. Rescigno, Q. Riffard, A. Romani, B. Rossi, N. Rossi, S. D. Rountree, D. Sablone, P. Saggese, R. Saldanha, W. Sands, S. Sangiorgio, C. Savarese, B. Schlitzer, E. Segreto, D. A. Semenov, E. Shields, P. N. Singh, M. D. Skorokhvatov, O. Smirno, A. Sotnikov, C. Stanford, Y. Suvorov, R. Tartaglia, J. Tatarowicz, G. Testera, A. Tonazzo, P. Trinchese, E. V. Unzhakov, M. Verducci, A. Vishneva, R. B. Vogelaar, M. Wada, S. Walker, H. Wang, Y. Wang, A. W. Watson, S. Westerdale, M. M. Wojcik, X. Xiang, X. Xiao, J. Xu, C. Yang, J. Yoo, S. Zavatarelli, A. Zec, W. Zhong, C. Zhu, G. Zuzel
The DarkSide-50 experiment at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso is a search for dark matter using a dual phase time projection chamber with 50 kg of low radioactivity argon as target. Light signals from interactions in the argon are detected by a system of 38 photo-multiplier tubes (PMTs), 19 above and 19 below the TPC volume inside the argon cryostat. We describe the electronics which processes the signals from the photo-multipliers, the trigger system which identifies events of interest, and the data-acquisition system which records the data for further analysis. The electronics include resistive voltage dividers on the PMTs, custom pre-amplifiers mounted directly on the PMT voltage dividers in the liquid argon, and custom amplifier/discriminators (at room temperature). After amplification, the PMT signals are digitized in CAEN waveform digitizers, and CAEN logic modules are used to construct the trigger, the data acquisition system for the TPC is based on the Fermilab "artdaq" software. The system has been in operation since early 2014.
Gran Sasso地下实验室的DarkSide（DS）是一个基于TPC的直接暗物质搜索计划，该计划使用来自地下源的液态氩。装有50公斤液态氩的DS-50 TPC安装在中子和μ子探测器内。DS-50自2013年11月以来一直在收集数据，收集了超过10^7个与大气氩有关的事件。该数据代表暴露于最大背景，39 Ar的β衰变，与使用地下氩气的DS-50的完整3年运行相当。当用一个阈值进行分析时，在100 GeV的WIMP质量下，整个运行的灵敏度约为10^-45 cm 2，没有观察到39 Ar背景。我们目前的检测器的设计和性能，从大气氩气运行的结果和计划的高档到一个多吨的检测器及其灵敏度。
Proto-0: a prototype for validating key technologies of the DarkSide-20k experiment and beyond
Università degli Studi Federico II di Napoli（那不勒斯费德里科二世大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）；INFN Laboratori Nazionali del Sud（意大利国家核物理研究所南方国家实验室）；National Research Nuclear University MEPhI（莫斯科国立核研究大学）；Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文学中心）；National Research Centre Kurchatov Institute（库尔恰托夫国家研究中心）
A study of events with photoelectric emission in the DarkSide-50 liquid argon Time Projection Chamber
在粒子探测器中寻找暗物质相互作用的明确证据是物理学研究的一个主要目标。液态氩时间投影室提供了一条探测弱相互作用大质量粒子在原子核上散射截面的路径，直到所谓的中微子层，质量范围从几个GeV到几个TeV。在LNGS DarkSide-50探测器成功运行的基础上，设计了一个新的、更灵敏的实验DarkSide-20 k，目前正在建造中。对DarkSide-50探测器响应的透彻理解，以及因此对所有类型的观测事件的透彻理解，对于新实验的最佳设计至关重要。在本文中，我们报告了一组特殊的事件，这是不用于暗物质搜索。也就是说，在小于最大漂移时间的时间窗口中，标准的两脉冲闪烁-电离信号伴随有源自单个或几个电子的小幅度第三脉冲。我们将我们的研究结果与LUX合作组织最近的一篇论文（D. S. Akerib et al. Phys.Rev.D 102，092004）进行了比较。事实上，这两个实验都观察到与阴极光电离有关的事件。从这些事件的测量速率，我们估计的第一次沉积在黑暗面-50阴极上的四苯基丁二烯的量子效率在128 nm左右的波长，在液态氩。此外，两个实验都观察到可能与液体中杂质的光电离有关的事件。每单位长度的光电子发射的概率原来是一个数量级小的DarkSide-50比在LUX。这一结果，加上更大的测量电子寿命，一致地暗示在黑暗面-50比在LUX的污染物浓度较低。
暗边是一个直接探测暗物质的计划，基于两个阶段的时间投影室与耗尽氩靶。暗面探测器的设计，使用新的低本底技术和主动屏蔽，能够证明在现场一个非常低的残留本底水平。这意味着DarkSide计划中的每个探测器都应该有能力根据对一些核反冲事件的观察，对暗物质探测做出令人信服的声明。该合作目前正在意大利Gran Sasso的Nazionali del Gran Sasso运营一个10公斤的原型探测器DarkSide-10，而该计划中的第一个物理探测器DarkSide-50预计将于2012年底部署在LNGS。
Performance of a SensL-30035-16P Silicon Photomultiplier array at liquid argon temperature
下一代多吨级的稀有液体实验有独特的机会发现TeV级的暗物质粒子，在WIMP核子散射截面中达到10^-48 cm 2的灵敏度。一个先决条件是将放射性本底源减少到可以忽略不计的水平。这只有在超纯高效光电传感器可用于闪烁光读出时才有可能。目前的实验（如氙，LUX，黑暗，ArDM）使用低温光电倍增管作为光电传感器。硅光电倍增器阵列（SiPM阵列）是一种有吸引力的替代方案，它在单光子探测方面表现出无与伦比的性能。本文报道了SensL-30035- 16 P SiPM阵列和定制的低温前端板在液氩温度下的性能。
Cosmic Ray Measurements Using Charge and Light Readout in a Pixelated Liquid Argon Time Projection Chamber
University of Bern（伯尔尼大学）；Imperial College of Science, Technology and Medicine（帝国理工学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
Measurement of the two-photon absorption cross-section of liquid argon with a time projection chamber
本文报道了在时间投影室（LAr TPC）探测器中激光诱导266 nm液态氩的多光子电离。由激光束产生的电子信号是用于校准和监测下一代大质量LAr TPC的强大工具。我们设计和测试的探测器使我们能够以前所未有的准确度和精度测量LAr的双光子吸收截面：sigma_ex=（1.24 \pm 0.10 stat \pm 0.30 syst）10^{-56} cm ^4 s {-1}。
