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
Search for the Migdal effect in liquid xenon with keV-level nuclear recoils
本研究利用标记中子产生的 7.0±1.6 keV 核反冲，在液氙中首次直接寻找 M、L 壳层电子的 Migdal 效应，但未发现符合预言的信号，并分析其原因与影响。
2023-07-24 hep-ex 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
Scintillation Efficiency for Low-Energy Nuclear Recoils in Liquid-Xenon Dark Matter Detectors
我们进行了理论研究的闪烁效率在低能量区域的液体氙暗物质探测器的关键。我们开发了一个计算机程序来模拟反冲氙核在液态氙中的级联过程，并计算了原子碰撞引起的核猝灭效应。我们使用从实验数据外推到低能区的电子阻止本领，并考虑到电子逃逸的影响，从电子-离子对复合使用广义的Escheras-Imel模型拟合闪烁数据。我们的结果与中子散射的实验结果吻合得很好，并且当反冲能量低于3 keV时，该结果迅速消失。
2013-10-09 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
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
Scintillation efficiency of liquid xenon for nuclear recoils with the energy down to 5 keV
在反冲能量从140 keV到5 keV的范围内，测量到液体氙对核反冲的闪烁效率几乎是恒定的。反冲效率与γ射线效率的平均比值为0.19 ± 0.02。
2005-12-15 physics.ins-det physics.space-ph
Determination of responses of liquid xenon to low energy electron and nuclear recoils using the PandaX-II detector
本文报道了双相氙时间投影室探测器PandaX-Ⅱ对低能反冲的响应。在400和317 V/cm两个漂移场下，分别用注入氚化甲烷或$^{220}$ Rn源，以及用$^{241}$ Am-Be中子源，在$1-25$ keV（ER）和$4-80$ keV（NR）能量范围内，标定了电子反冲（ER）和核反冲（NR）响应。经验模型被用来拟合两种类型的反冲的光产额和电荷产额。最佳拟合模型能很好地描述标定数据。通过对数据的统计比较，得到了拟合模型的系统不确定度。
2021-02-18 hep-ex physics.ins-det
Nuclear recoil scintillation and ionisation yields in liquid xenon from ZEPLIN-III data
闪烁和电离产率的核反冲在液体氙以上10千电子伏特（核反冲能量）推导出使用宽带Am-Be中子源获得的数据。从两个来源的几次曝光的核反冲数据进行了比较，详细的模拟。能量依赖的闪烁和电离产量得到可接受的适合的数据。效率和分辨率的影响，使用光收集蒙特卡罗，测量光电倍增管的响应曲线和硬件触发器的研究。发现闪烁产率逐渐下降低于~40 keVnr，电离产率上升，两者都与最新的独立测量结果吻合良好。该分析方法适用于最新的ZEPLIN-III数据，获得了显着升级的探测器和精确校准的Am-Be源，以及从2008年首次运行的早期数据。还提出了一种新的方法来推导反冲闪烁产额，其中包括亚阈值S1事件，这证实了主要的分析。
2011-10-17 hep-ex physics.ins-det
An approximate likelihood for nuclear recoil searches with XENON1T data
XENON合作组织已经公布了对特定暗物质-核子反冲光谱的严格限制，这些光谱来自于暗物质反冲到液体氙探测器靶上。在本文中，我们提出了一个近似的可能性XENON 1 T 1吨-年的核反冲搜索适用于任何核反冲谱。除了本文，我们还发布了使用我们提出的方法计算上限的数据和代码。近似似然是在重构能量的仓中构建的，沿着每个仓中的信号期望进行轮廓化。这种方法可以用来计算近似的可能性，因此大多数统计结果的任何核反冲光谱。使用这种方法计算近似结果比XENON 1 T原始出版物中使用的可能性快大约三个数量级，其中为特定系列的反冲光谱设置了限制。使用这种相同的方法，我们包括玩具蒙特卡罗模拟衍生的binwise似然性为即将到来的XENONNT实验，可以类似地用于评估在其最终的20吨年曝光的任意核反冲签名的灵敏度。
2022-10-13 hep-ex 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
Precision measurements of the scintillation pulse shape for low-energy recoils in liquid xenon
我们目前的测量闪烁脉冲形状的液体氙核反冲（NR）和电子反冲（ER）在0至0.5 kV/cm的电场能量$<$ 15 keV和$<$ 70 keV电子当量，分别。平均脉冲形状由具有两个指数衰减分量的有效模型很好地描述，其中两个衰减时间是拟合参数。我们发现，由于延迟发光的复合过程中的ER的脉冲显着增宽。除了有效模型外，我们还拟合了一个描述零场下ER复合发光的模型，并得到了很好的一致性。我们估计的最佳性能相结合的S2/S1和脉冲形状ER/NR歧视，并表明，即使与2纳秒的时间分辨率，改善S2/S1歧视是边际，使脉冲形状歧视将可能不会是有用的，为未来的双相液体氙实验寻找弹性暗物质反冲相互作用。
2018-05-23 physics.ins-det
Measurement of light and charge yield of low-energy electronic recoils in liquid xenon
液体氙的光和电荷产额对外加电场和反冲能的依赖关系对于使用液体氙时间投影室的暗物质探测器是重要的。在反冲能量小于10千电子伏时，这种场依赖性的测量很少。在本文中，我们提出了这样的测量结果，使用专门的检测器。反冲能量是通过康普顿符合技术确定的四个漂移场相关的液体氙暗物质探测器：0.19，0.48，1.02，和2.32千伏/厘米。平均反冲能量下降到1千电子伏测量前所未有的精度。我们发现，电荷和光产额是反相关的3 keV以上，和场的依赖性变得可以忽略不计低于6 keV。然而，低于3千电子伏，我们发现一个电荷产量显着高于预期和重建的能量偏离线性。
2016-11-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Impact of Low-Energy Response to Nuclear Recoils in Dark Matter Detectors
我们报告了锗和液体氙探测器对电子和核反冲的绝对能量响应函数。结果表明，对于给定数量的可探测光电子，双相氙探测器的核反冲的探测能量阈值可以是几keV。我们估计每个电子-空穴对消耗的平均能量为$\sim$ 3.32 eV，这为在69伏下50 mini-Kelvin下具有1 THz的初级声子频率的锗检测器设置了$\sim$ 2.15 keV的检测能量阈值。核反冲和电子反冲的Fano因子限制了这两种技术在2-3 keV反冲能量以下区分核反冲的能力。
2017-03-28 hep-ex physics.ins-det
Low-energy electronic recoil in xenon detectors by solar neutrinos
太阳中微子在多吨氙探测器中引起的低能电子反冲是一个重要的研究课题，不仅因为它是直接寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的不可约背景源，而且因为它提供了一种可行的方法来测量太阳$pp$和$^{7}\textrm{Be}$中微子，使之达到当前标准太阳模型预测的精度水平。在这项工作中，我们进行$\textit{ab initio}$多体计算的结构，光电离，和中微子电离的氙。结果表明，在低反冲能下，原子束缚效应对中微子-电子散射截面有相当大的抑制作用。与以前基于自由电子图像的计算相比，在相同的探测器配置下，我们计算的电子反冲事件率降低了约$25\%$。本文给出了氙探测器在100 eV - 30 keV能窗内的电子反冲率谱，并讨论了它对低能太阳中微子探测（作为信号）和WIMP搜寻（作为背景源）的意义。
2016-10-19 hep-ex hep-ph nucl-ex
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
Investigating the XENON1T Low-Energy Electronic Recoil Excess Using NEST
寻找宇宙中失踪的质量暗物质是粒子物理学中最活跃的研究领域之一。XENON 1 T实验最近观测到3.5个$σ$过剩，这可能与暗物质或太阳轴子一致。在这里，我们将使用稀有元素模拟技术（NEST）软件来模拟XENON 1 T探测器，再现过剩。我们利用不同的探测器效率和能量重建模型，但它们主要影响sub-keV能量，无法解释XENON 1 T过剩。然而，使用NEST，我们可以以多种独特的方式再现它们的过剩，最容易的是通过添加31个$\pm$ 11个$^{37}Ar$衰变。此外，这导致新的、修改的背景模型，至少使用非轮廓似然比（PLR）方法将过量的显著性降低到$\le2.2σ$。这是一个独立的确认，即过量是一个真实的效应，但可能可以用已知的物理学来解释。许多交叉检查我们的$^{37}Ar$假设。
2021-01-11 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Nuclear recoil response of liquid xenon and its impact on solar 8B neutrino and dark matter searches
本文提出利用已发表刻度数据量化液氙低能核反冲响应不确定性的方法，并评估其对太阳 8B 中微子搜寻和低质量暗物质灵敏度的影响，指出忽略产额不确定性会使 6 GeV/c^2 WIMP 限制偏乐观约 2 倍。
2023-04-12 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
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
Field dependence of electronic recoil signals in a dual-phase liquid xenon time projection chamber
我们目前的测量光和电荷信号的双相时间投影室在电场变化从10 V/cm到500 V/cm和零场使用511 keV的伽马射线从$^{22}$钠源。我们确定的漂移速度，电子寿命，扩散常数，并在511千电子伏的电场的函数的光和电荷产量。此外，我们拟合的闪烁脉冲形状的有效指数模型，在低场的衰减时间为43.5 ns，在高场降低到25 ns。
2018-09-11 physics.ins-det
Low Energy Electronic Recoils and Single Electron Detection with a Liquid Xenon Proportional Scintillation Counter
本文表征了单相液态氙比例闪烁计数器（LXePSC）对低能电子反冲的响应，实现了约1keV电子反冲的高效探测及单电子观测，讨论了其在反应堆中微子探测的潜在应用。
2023-06-19 physics.ins-det
Low-threshold response of a scintillating xenon bubble chamber to nuclear and electronic recoils
本文展示了闪烁氙气泡室在低至0.50 keV热力学阈值下对约1 keV核反冲的灵敏度，同时保持对γ射线成核不敏感，并给出了核反冲成核响应的标定及γ射线诱发俄歇级联成核概率的严格上限。
2025-02-13 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
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 $^2$。
2010-05-16 astro-ph physics.ins-det
Simulation of Nuclear Recoils due to Supernova Neutrino-induced Neutrons in Liquid Xenon Detectors
超新星爆发产生的中微子在大尺度液态氙探测器中通过相干弹性中微子-核散射（CE $ν$ NS）过程可以产生可探测数量的核反冲（NR）事件，这取决于超新星爆发产生的中微子的质量和距离。本文表明，除了CE $ν$ NS过程引起的直接NR事件外，SN中微子与氙核的非弹性相互作用产生的中子弹性散射也能引起额外的核反冲.我们发现，超新星中微子诱导的中子（$ν$ I $n$）的贡献，可以显着修改总氙NR光谱在大反冲能量相比，预计从CE $ν$ NS过程单独。此外，对于反冲能量$\gtrsim20$ keV，主要贡献来自（$ν$ I $n$）事件。我们数值计算了由于典型的液体氙基探测器的CE $ν$ NS和$ν$ I $n$过程引起的可观测的S1和S2信号，考虑了$ν$ I $n$情况下中子的多次散射效应，并发现足够大的信号事件，即S1 $\gtrsim$ 50光电子（PE）和S2 $\gtrsim$ 2300 PE的事件，主要来自于$ν$ I $n$散射。
2022-01-25 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
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
Characterization of a $^{220}$Rn source for low-energy electronic recoil calibration of the XENONnT detector
本文表征了用于XENONnT探测器校准的220Rn源，由四个55 kBq的228Th源组成，提供约8 kBq的220Rn发射率，未发现228Th释放超过1.7 mBq，虽观察到约3.6 mBq的222Rn发射，仍符合实验要求。
2023-11-13 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Scintillation-only Based Pulse Shape Discrimination for Nuclear and Electron Recoils in Liquid Xenon
在一个专门的测试设置在神冈天文台，我们研究了脉冲形状歧视（PSD）在液体氙（LXe）的暗物质搜索。PSD在LC 10是基于观察到的闪烁光从电子事件发射的时间比核反冲事件，我们的方法使用了一个简单的比率早期总闪烁光发射在一个单一的闪烁事件。需要50%的核反冲保留效率，我们将能量在4.8和7.2 keVee之间的电子背景降低到7.7 \pm 1.1（stat）\pm 1.2 0.6（sys）\times 10-2，并将能量在4.8和7.2 keVee之间的电子背景降低到7.7 \pm 2.8（stat）\pm 2.5 2.8（sys）\times 10- 2。3，能量在9.6至12 keVee之间，闪烁光产量为20.9 p.e./凯通过掩蔽一些光以将该产率降低至4.6p.e./ keV，相同的方法导致电子事件减少2.4 \pm 0.2（stat）\pm 0.3 0.2（sys）\times 10-1以上较低的能量区域。我们还观察到，在对比核反冲的波动，我们的早期电子事件的总比率大于预期的统计波动。
2011-06-11 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Improved Modeling of $β$ Electronic Recoils in Liquid Xenon Using LUX Calibration Data
我们在这里报告的方法和技术，用于创建和改进的模型，再现的闪烁和电离响应的双相液体和气体氙时间投影室。从最近发布的稀有元素模拟技术（NEST v2.0）开始，除了外部数据集允许在LUX数据采集条件之外进行外推外，还使用了大型地下氙（LUX）探测器中${}^3$ H和${}^{14}$ C的$β$衰变的电子反冲数据来调整模型。本文还介绍了用于建模复杂的时间和空间检测器的病理，可能会对数据产生不利影响，使用一个简化的模型框架的技术。本报告中概述的方法显示了NEST v2.0可能的强大应用程序的示例，同时还提供了最终的电子反冲模型和探测器参数，这些参数将用于新的分析包，LUX Legacy Analysis Monte Carlo Application（LLAMA），以准确再现LUX数据。由于精确的背景再现对于稀有事件搜索的成功至关重要，例如暗物质直接探测实验，因此这里概述的技术可以用于其他单相和双相氙探测器，以协助精确的ER背景再现。
2020-02-28 hep-ex physics.ins-det
Discrimination of electronic recoils from nuclear recoils in two-phase xenon time projection chambers
我们提出了一个全面的分析电子反冲与核反冲歧视液/气氙时间投影室，使用校准数据从2013年和2014-16年运行的大型地下氙（LUX）实验。我们观察到强烈的电荷到光的歧视增强事件的能量增加。对于S1 = 120个探测光子的事件，即相当于$\sim$ 100 keV的核反冲能量，我们观察到$<10^{-5}$的电子反冲背景接受度为50%的核反冲信号接受度。我们还观察到适度的电场依赖性的歧视权力，其峰值在300 V/cm左右的领域在本研究中探索的范围内（50-500 V/cm）。在S_1 = 1-80 phd的WIMP搜索区域内，我们观测到的最小电子反冲泄漏为${(7.3\pm0.6)\times10^{-4}}$，这是在240-290 V/cm的漂移场下得到的。脉冲形状歧视是用来改善我们的结果，我们发现，在低能量和低场，有一个额外的减少背景泄漏的一个因素高达3。我们开发了一个经验模型的重组波动，当使用旁边的贵元素闪烁技术（NEST）的模拟包，正确地再现了电子反冲数据的偏斜。我们使用这个更新的模拟来研究电子反冲带的宽度，发现其主要贡献来自电子-离子复合波动，其次是S1信号波动，S2信号波动和给定能量沉积产生的量子总数波动的贡献大小。
2020-12-09 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Response of liquid xenon to Compton electrons down to 1.5 keV
液态氙对低能电子反冲的响应与寻找暗物质候选者有关，暗物质候选者主要与介质中的原子电子相互作用，如轴子或轴子状粒子，而不是预测与原子核散射的弱相互作用大质量粒子。最近，液体氙闪烁光已被观察到电子反冲下降到2.1千电子伏，但没有施加电场，用于大多数氙暗物质的搜索。施加的电场可以通过阻碍产生大部分闪烁光子的电子-离子复合过程来降低闪烁产率。我们提出了新的结果，液体氙的闪烁发射响应电子反冲低至1.5千电子伏，有和没有施加电场。在零场时，观察到低于10 keV的每单位沉积能量的闪烁输出减少，在较高能量下下降到其值的近40%。当外加电场为450 V/cm时，我们观察到闪烁输出相对于零场时的值减少到约75%。我们看到在1.5 keV和7.8 keV之间该值没有显著的能量依赖性。根据这些结果，我们估计ZEPLIN-III，XENON 10，XENON 100和XMASS的电子反冲能量阈值分别为2.8 keV，2.5 keV，2.3 keV和1.1 keV，验证了它们对低能电子反冲的出色灵敏度。
2013-06-12 astro-ph.IM physics.ins-det
A measurement of the scintillation decay time constant of nuclear recoils in liquid xenon with the XMASS-I detector
本文报道了在日本神冈地下实验室用XMASS-I探测器对液态氙中核反冲（NR）闪烁衰变时间常数的现场测量。XMASS-I是一个大型的单相氙闪烁探测器，其目的是通过弱相互作用大质量粒子（WIMP）和氙核之间的碰撞引起的NR直接探测暗物质。内部检测器容积包含832 kg的LIPE。$^{252}$ Cf用作照射探测器的外部中子源。通过比较所观察到的光子探测时间与蒙特卡罗模拟的闪烁衰减时间常数的中子诱导NR进行了评价。与衰减时间的拟合优选两个衰减时间分量，一个用于双$_{2}^{*}$单重态和三重态中的每一个，其中$τ_{S}$ = 4.3 $\pm$ 0.6 ns取自先前的研究，测得$τ_{T}$为26.9 $^{+0.7}_{-1.1}$ ns，单重态分数$_{S}$为0.252 $^{+0.027}_{-0.019}$。目的是减少WIMP搜索中的电磁背景。对于50% NR接受度，在5- 10 keV $_{\rm ee}$和10- 15 keV $_{\rm ee}$能量范围内，ER接受度分别为13.7 ${\pm}$ 1.0%和4.1 ${\pm}$ 0.7%。
2018-12-25 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Signal yields, energy resolution, and recombination fluctuations in liquid xenon
这项工作提出了一个分析单能电子反冲峰的暗物质搜索和校准数据从第一次地下科学运行的大型地下氙（LUX）探测器。液体氙电荷和光产额之间的电子反冲能量为5.2和661.7千电子伏的测量，以及LUX探测器在这些相同的能量的能量分辨率。此外，有一个解释现有的测量和描述的电子-离子复合波动在液体氙作为一个更一般的液体氙重组波动模型的限制情况。在单能电子反冲峰的这些波动的标准偏差的测量表现出的能量存款高达661.7 keV的离子数的线性依赖，与以前的LUX测量值之间的2-16 keV与$^3$ H。我们强调的相似性，在液体氙重组的电子和核反冲的重组波动与低能量校准数据测量的比较。
2016-10-06 hep-ex physics.ins-det
Performance of a Chamber for Studying the Liquid Xenon Response to Nuclear Recoils
本文介绍了一个装有7个2英寸光电倍增管的1.2升液体氙室的设计和性能，其目的是研究氙对γ射线和中子的闪烁响应。用伽马射线的测量表明高的VUV光收集效率导致每IkeV的沉积能量约5.5个光电子。能量分辨率（FWHM）为18%和22%，分别为122 keV和511 keV的伽马射线。提出了一种重建（x，y）平面闪烁坐标的算法，并进行了实验验证。位置分辨率估计为6.9毫米（西格玛）为122千电子伏的伽马射线。
2005-01-14 astro-ph physics.ins-det physics.space-ph
Revised performance parameters of the ZEPLIN-III dark matter experiment
本说明介绍了适用于ZEPLIN-III暗物质实验第一次科学运行数据的修订后的探测器参数;这些数据集于2008年获得，并于2011年重新分析。该运行证明了在3.8 kV/cm的电场下，在低于40 keV的核反冲能量下，在1/10，000的水平下，液体氙中的电子反冲区分;这仍然是迄今为止报道的该介质的最佳区分。建立在近年来发表的相关测量，电子和核反冲，这已被线性映射到Co-57 γ射线相互作用的闪烁和电离响应的校准，在这里转换成光学参数，更适合于相关的数据新兴的液体氙响应模型。在低能量的电子和核反冲人口的拟合上给出了额外的信息。本说明的目的是支持这些模型的进一步发展，在高场获得的宝贵数据。
2020-07-03 hep-ex physics.ins-det
Signal Yields of keV Electronic Recoils and Their Discrimination from Nuclear Recoils in Liquid Xenon
我们报告了使用XENON 100探测器在92 V/cm、154 V/cm和366 V/cm漂移场下液体氙对氚β衰变产生的15 keV以下低能电子反冲的响应。采用基于马尔可夫链蒙特卡罗的数据-模拟拟合方法从实验数据中提取光子产额和复合涨落。在两个较低的领域测量的光子产率与文献中的那些一致，在更高的字段366 V/cm的额外的测量。在这些低能量的电子和核反冲歧视，以及它的依赖于漂移场和光子探测效率进行了研究。结果提供了新的测量的能量区域感兴趣的暗物质搜索使用液体氙。
2018-02-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Observing the Migdal effect from nuclear recoils of neutral particles with liquid xenon and argon detectors
近年来，暗物质直接探测实验激发了人们对米格达尔效应的兴趣，在米格达尔效应中，它被用来将灵敏度扩展到较低的暗物质质量。由于缺乏对米格达尔效应的观测，信号的计算受到很大的理论不确定性的影响。因此，希望尝试对米格达尔效应进行第一次测量，并测试米格达尔效应的理论预测，以校准对潜在暗物质信号的实验响应。在这项工作中，我们探讨的可行性，观察在氙和氩的Migdal效应。我们对来自过滤源的低能中子进行了概念验证计算，并使用反应堆，Spanish中子源或$^{51}$ Cr作为潜在的中微子源。我们进行探测器模拟氙目标，并发现，与现有技术，低能量中子源是最有前途的，只需要一个温和的中子通量，探测器的大小，和曝光时间。
2022-04-27 hep-ph physics.ins-det
Performance and Fundamental Processes at Low Energy in a Two-Phase Liquid Xenon Dark Matter Detector
我们扩展的原型两相液体氙WIMP暗物质探测器的反冲能量低于20千电子伏的性能的研究。我们证明了一种新的方法，用于获得最佳估计的事件的能量，使用校准的电荷和光信号的总和，并引入相应的歧视参数，给它的平均值在4 kV/cm的电子和核反冲高达300和100千电子伏，分别。我们表明，在重组的波动限制歧视的大多数能量，并揭示了歧视低于20千电子伏由于低能量电子反冲的电离产率的惊人增加的改善。这种改进对于高灵敏度的暗物质搜索至关重要。
2006-09-29 astro-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
NEST: A Comprehensive Model for Scintillation Yield in Liquid Xenon
介绍了一个解释液体氙闪烁产额的综合模型。我们统一了各种定义的功函数丰富的文献中，并纳入所有可用的数据电子反冲闪烁产额。这导致更好地理解电子反冲，并有利于改进核反冲的描述。入射伽马能量范围为O（1 keV）到O（1 MeV）和电场在0和O（10 kV/cm）被纳入这个启发式模型。我们展示了Geant 4实现的结果，但由于该模型有一些自由参数，因此在任何仿真包中的实现都应该很简单。我们使用一个准经验的方法，提高探测器校准和性能验证的目标。该模型将有助于未来探测器的设计和优化。这种模式也很容易推广到其他贵族元素。在本文中，我们奠定了详尽的模拟代码，我们称之为NEST（贵元素模拟技术）的基础。
2011-06-08 physics.ins-det
First Demonstration of a Scintillating Xenon Bubble Chamber for Detecting Dark Matter and Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering
2016年6月和11月在西北大学运行的30 g氙气泡室首次观察到过热液体中核反冲引起的同时气泡成核和闪烁。该室装有用于近红外气泡成像的CCD相机、用于检测175 nm氙闪烁光的日盲光电倍增管和用于检测来自生长气泡的超声发射的压电声换能器。从声学信号确定的成核时间用于将特定闪烁脉冲与气泡成核事件相关联。我们报告的数据从这个腔室的热力学“塞茨”阈值从4.2至15.0千电子伏。当暴露于$^{252}$ Cf中子源时，观察到的单个和多个气泡速率表明，对于8.3 keV的热力学阈值，使气泡成核所需的最小核反冲能量为$19\pm6$ keV（1 $σ$不确定度）。这与观察到的气泡成核事件的闪烁光谱一致。我们没有看到伽马射线在任何研究阈值下气泡成核的证据，设定了90%的C. L。在4.2 keV热力学阈值下，每个伽马相互作用的$6.3\times10^{-7}$气泡的上限。这表明比CF $_3$ I泡室中更强的伽马辨别力，支持闪烁产生抑制电子反冲的泡成核而核反冲照常成核泡的假设。这些测量建立了贵液泡室作为一个有前途的新技术，用于检测弱相互作用的大质量粒子暗物质和相干弹性中微子核散射。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
The Impact of Photon Flight Path on S1 Pulse Shape Analysis in Liquid Xenon Two-phase Detectors
LUX暗物质搜索实验是一个350公斤的双相氙时间投影室，位于美国南达科他州铅市桑福德地下研究设施4850英尺的高度。两相氙探测器在暗物质探测中的成功依赖于它们区分电子反冲（ER）背景事件和核反冲（NR）信号事件的能力。典型地，NR-ER辨别是从电致发光光（S2）与即时闪烁光（S1）的比率获得的。S1脉冲形状的分析是可用于区分NR与ER的附加鉴别技术。脉冲形状NR-ER歧视可以实现的基础上的单重态和三重态，产生S1的去激发过程的比例。NR S1主要由单重态的去激发过程控制，时间常数约为3 ns，而ER S1主要由三重态的去激发过程控制，时间常数约为24 ns。随着探测器尺寸的增加，S1光子飞行路径的变化可以变得与这些衰减常数相当，从而降低了将NR与ER分离的脉冲形状分析的效用。LUX探测器中的路径长度变化的效果进行了研究，使用模拟的结果和S1脉冲形状分析的影响进行了讨论。
2015-12-30 hep-ex physics.ins-det
Feasibility of Liquid-phase Xenon Proportional Scintillation for Low-energy Physics
针对双相氙TPC气隙技术挑战及单电子本底问题，研究验证纯单相液氙TPC的比例闪烁能力，证实其仍可区分电子与核反冲，且S2后单电子本底大概率与液-气界面无关。
2024-08-03 hep-ex physics.ins-det
Low-energy (0.7-74 keV) nuclear recoil calibration of the LUX dark matter experiment using D-D neutron scattering kinematics
大型地下氙实验（英语：Large Underground Xenon experiment）是一个双相液态氙时间投影室（TPC），位于美国南达科他州的桑福德地下研究设施。在LUX探测器上，利用氘-氘聚变源产生的单能2.45 MeV中子束，对液态氙中的核反冲进行了$\textit{in situ}$标定。使用由活性氙体积内的双散射中子事件定义的测量的散射角，重建来自TPC中的第一中子散射的核反冲能量。我们测量的绝对电荷（$Q_{y}$）和光（$L_{y}$）产额在平均电场为180 V/cm的核反冲能量跨越0.7至74 keV和1.1至74 keV，分别。这种校准的核反冲信号产量将允许液体氙核反冲信号模型的进一步完善，重要的是暗物质搜索，清楚地表明测量的电离和闪烁信号在这种介质中的反冲能量下降到$\mathcal{O}$（1千电子伏）。
2016-10-26 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measurement of Charge and Light Yields for $^{127}$Xe L-Shell Electron Captures in Liquid Xenon
使用双相氙时间投影室（LXe-TPC）的暗物质搜索依赖于它们在搜索信号样核反冲（NR）时拒绝背景电子反冲（ER）的能力。ER响应通常使用$β$ -衰变源（如氚）进行校准，但这些校准并不表征伴随原子空位的事件，如太阳中微子散射内壳层电子。这样的事件导致X射线和俄歇电子的发射，导致更高的电子-离子复合，从而比从$β$ -衰变校准推断的更像NR的响应。我们提出了一个交叉校准的氚$β$ -衰变和$^{127}$的电子捕获衰变（产生内壳层的空缺）在一个小规模的LXe-TPC，并给出了最精确的测量日期的光和电荷产额的$^{127}$的电子捕获在液体氙。我们观察到一个6.9 $σ$（9.2 $σ$）的差异，在L-壳层的捕获响应相对于氚$β$ -衰变，测量的漂移场为363 $\pm$ 14 V/cm（258 $\pm$ 13 V/cm），当与模拟调整，以重现正确的$β$ -衰变响应。在暗物质搜索中，使用忽略这一效应的背景模型会导致仅背景数千吨年照射量的过度覆盖（上限），但其水平远低于90\%C. L.的1- $σ$实验间变化。50 GeV/ $c^2$暗物质粒子相互作用速率的上限。
2021-12-14 hep-ex physics.ins-det
Neutron-induced nuclear recoil background in the PandaX-4T experiment
在PandaX-4 T液态氙实验中，中子感生的核反冲本底对暗物质的研究至关重要。本文研究了液态氙中中子本底的特性，并用三种方法评价了它们在单次散射核反冲事件中的贡献。第一种方法是完全基于蒙特卡罗模拟的。最后两种是数据驱动的方法，它们也分别使用数据中的多次散射信号和高能量信号。在0.63吨年辐照量的PandaX-4 T试运行数据中，所有方法给出了一致的结果，即在5 ~ 100 keV的近似核反冲能窗内，暗物质信号区存在$1.15\pm0.57$中子感生本底。
2022-07-29 hep-ex physics.ins-det
Search for Event Rate Modulation in XENON100 Electronic Recoil Data
我们已经在2011年2月至2012年3月期间使用XENON 100探测器记录的（2-6）keV能量范围内搜索了电子反冲事件率的周期性变化，总计224.6个生存日。在详细研究以确定检测器的稳定性及其在此运行期间的背景贡献之后，我们进行了未分组的轮廓似然分析，以确定长达500天的任何周期性。我们发现一个全球性的意义小于1西格玛的所有时期，表明没有统计上显着的调制数据。虽然本地意义的年度调制是2.8西格玛，多散射控制样本的分析和调制的相位不利于暗物质的解释。DAMA/LIBRA年度调制解释为暗物质签名与轴向矢量耦合的WIMP电子被排除在4.8西格玛。
2015-07-28 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Low-Energy Nuclear Recoil Calibration of XENONnT with a $^{88}$YBe Photoneutron Source
Columbia University（哥伦比亚大学）；Nikhef and the University of Groningen, Van Swinderen Institute（荷兰核物理研究所与格罗宁根大学范斯温德伦研究所）；Kamioka Observatory, Institute for Cosmic Ray Research, and Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所神冈观测站及武利宇宙物理学数学研究所）；LPNHE, Sorbonne Université, CNRS/IN2P3（索邦大学国家科学研究中心/法国原子能和替代能源委员会高能物理实验室）；Institut für Kernphysik, University of Münster（明斯特大学核物理研究所）；INAF-Astrophysical Observatory of Torino, Department of Physics, University of Torino and INFN-Torino（都灵大学物理系、意大利国家天体物理研究所都灵天文台及意大利国家核物理研究所都灵分部）；INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso and Gran Sasso Science Institute（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室及格兰萨索科学研究所）；Department of Physics, Enrico Fermi Institute & Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学恩里科·费米研究所、卡弗里宇宙物理学研究所及物理系）；New York University Abu Dhabi - Center for Astro, Particle and Planetary Physics（纽约大学阿布扎比分校天体、粒子与行星物理中心）；Physik-Institut, University of Zürich（苏黎世大学物理研究所）；SUBATECH, IMT Atlantique, CNRS/IN2P3, Nantes Université（南特大学IMT大西洋学院国家科学研究中心/法国原子能和替代能源委员会亚原子与技术研究实验室）；Department of Physics and Astronomy, University of Bologna and INFN-Bologna（博洛尼亚大学物理与天文学系及意大利国家核物理研究所博洛尼亚分部）
利用$^{88}$YBe光中子源首次校准XENONnT实验的光和电荷产率，为测量太阳$^8$B中微子相干弹性中微子-核散射及寻找质量低于12 GeV/c$^2$的轻暗物质粒子提供关键校准。
2026-04-30 hep-ex physics.ins-det
Physics reach of the XENON1T dark matter experiment
XENON 1 T实验目前正处于意大利Gran Sasso国家实验室的试运行阶段。在这篇文章中，我们研究了实验的预期灵敏度的自旋无关的WIMP核子相互作用截面，电子和核反冲背景的Monte Carlo预测的基础上。在应用任何选择来区分电子反冲和核反冲之前，在$1$吨基准体积和（$1$，$12$）keV电子反冲等效能量区域中的总电子反冲背景是$(1.80 \pm 0.15) \cdot 10^{-4}$（$\rm{kg} \cdot day \cdot keV)^{-1}$，主要是由于氙靶内的$^{222}\rm{Rn}$子体的衰变。在相应的核反冲当量能区（$4$，$50$）keV，核反冲本底由辐射中子产生的$(0.6 \pm 0.1)$（$\rm{t} \cdot y)^{-1}$）、中微子相干散射产生的$(1.8 \pm 0.3) \cdot 10^{-2}$（$\rm{t} \cdot y)^{-1}$）和小于μ子感生中子产生的$0.01$（$\rm{t} \cdot y)^{-1}$）组成。XENON 1 T的灵敏度是在将电子和核反冲的沉积能量转换为探测器中观察到的闪烁和电离信号后，使用剖面似然比方法计算的。我们考虑到系统的不确定性的光子和电子发射模型，并在背景的估计，作为滋扰参数处理。主要贡献来自于相对闪烁效率$\mathcal{L}_\mathrm{eff}$，它同时影响…
2016-04-15 astro-ph.CO physics.ins-det
Comments on "First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment"
XENON 100合作最近发布了新的暗物质限制，特别强调了它们对已知对轻质量（低于10 GeV/c^2）弱相互作用大质量粒子（WIMP）敏感的搜索的影响，如DAMA和CoGeNT。我们在这里描述了几个来源的不确定性和偏见，在他们的分析，使他们的新声称的敏感性目前站不住脚。特别是，我们指出了在这一领域的额外工作和简单的运动学参数，表明液体氙（LXe）可能是一个相对不敏感的检测介质的反冲能量（几keV_r）预期从这样的低质量WIMP。
2010-05-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Search for WIMP Inelastic Scattering off Xenon Nuclei with XENON100
我们提出的第一个约束的自旋相关的，非弹性散射截面的弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的核子从氙100数据与曝光量为7.64 $\times$ 10 $^3$ \，kg\，天。XENON 100是一个双相氙时间投影室，有效质量为62千克，运行在意大利国家大萨索实验室（LNGS），旨在寻找来自WIMP-核相互作用的核反冲。在这里，我们探讨了非弹性散射，在那里的过渡到一个低洼的激发核态的$^{129}$的诱导。实验签名是一个核反冲观察到的提示退激发光子。我们没有看到这种非弹性的WIMP- $^{129}$相互作用的证据。一个轮廓似然分析允许我们设置一个90\%的C. L。给出了100 GeV/cPDMATHABMR下$3.3 \times 10^{-38}$，cm $^{2}$的非弹性、自旋相关的WIMP-核子截面的上限.这是迄今为止最具约束力的结果，并为即将到来的更大的双相氙探测器中的这种相互作用通道的分析奠定了基础。
2017-05-01 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Nuclear Recoil Calibration at Sub-keV Energies in LUX and Its Impact on Dark Matter Search Sensitivity
为拓展双相氙TPC探测器对低质量暗物质的探测能力，本研究通过脉冲Adelphi氘-氘中子发生器在LUX探测器上原位校准，实现keV以下核反冲的光和电荷响应直接测量，为低质量暗物质搜索提供关键数据支撑。
2025-02-18 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Liquid xenon scintillation measurements and pulse shape discrimination in the LUX dark matter detector
弱相互作用大质量粒子（WIMPs）是暗物质的主要候选者，并有望在液体氙时间投影室内产生核反冲（NR）事件。我们提出了一个测量的闪烁时间特性的液体氙在LUX暗物质探测器和开发的脉冲形状判别用于粒子识别。为了准确测量光子的时间特性，我们提出了一种模板拟合的方法来重建光子的探测时间。通过分析2013-16 LUX WIMP搜索期间收集的校准数据，我们提供了一个新的测量电子反冲（ER）低于46 keV的单重态与三重态闪烁比，我们首次测量了反冲能量低于74 keV的NR单重态与三重态闪烁比。我们利用NR和ER事件的光子时间谱的差异，通过使用即时分数歧视参数，这是使用校准数据进行优化，有最少数量的ER事件发生在50\% NR接受区域。然后，我们演示了如何判别可以与电荷到光的歧视，以可能提高核反冲的信噪比结合使用。
2018-05-10 physics.ins-det
First Dark Matter Search with Nuclear Recoils from the XENONnT Experiment
XENONnT实验利用5.9吨液氙时间投影室在1.1吨·年曝光量下首次搜寻WIMP核反冲，未发现显著超出，将自旋无关WIMP-核子散射截面上限提升至2.58×10⁻⁴⁷ cm²，优于XENON1T同期结果。
2023-08-05 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
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
