Experimental study of the positive ion feedback from gas to liquid in a dual-phase argon chamber and measurement of the ion mobility in argon gas
氩时间投影室内粒子相互作用产生的正离子动力学在表征计划用于直接搜索暗物质和研究中微子性质的下一代大质量探测器中起着重要作用。我们已经构建了一个1 L的液氩室（ARION：氩离子实验）与高压脉冲发生器能够注入，在一个可控的方式，相当大的离子电流到漂移区。该室能够再现类似于大型探测器中发现的体积电荷，从而可以系统地研究其影响。本文讨论了有关液体中离子动力学的新实验结果和离子从气体反馈到液体的直接演示。此外，介绍了一种测量氩离子漂移速度的新技术，以及在气体中获得的初步结果。
2022-02-21 hep-ex physics.ins-det
Liquid-Argon Time Projection Chambers in the U.S
液态氩时间投影室（LAr TPC）探测器非常适合研究中微子相互作用和探测表征中微子振荡的参数。电离粒子在纯化氩气中长距离漂移的能力以及在大量闪烁光下触发的能力允许优异的粒子识别和触发能力。本次演讲将讨论最近美国在大规模千吨级探测器的LAr TPC技术开发方面的工作，包括ArgoNeuT（氩中微子测试）测试束项目的细节，该项目是一个175升的LAr TPC暴露于费米实验室的NuMI中微子束线。
2009-10-19 hep-ex physics.ins-det
Performance Of A Liquid Argon Time Projection Chamber Exposed To The WANF Neutrino Beam
我们提出的结果的第一次曝光的液体氩TPC的多GeV中微子束。这些数据是在CERN西区中微子设施（WANF）的CHORUS和NOMAD实验之间的50升ICARUS样室中收集的。我们讨论了仪器性能的检测器和它的能力，以确定和重建低多重中微子相互作用。
2006-09-25 hep-ex physics.ins-det
ArgoNeuT, a liquid argon time projection chamber in a low energy neutrino beam
ArgoNeuT（氩中微子测试）是费米实验室的一个NSF/DOE项目，是第一个进入低能中微子束的LArTPC，也是第二个进入中微子束的LArTPC。ArgoNeuT位于NuMI光束线中轴上MINOS近探测器的上游，距离目标站约1公里，地下100米。该检测器具有47 X40 X90 cm（169 L）的有效体积TPC，并带有完全封闭的再循环和净化系统。在其他物理学中，ArgoNeuT将测量能量为~3 GeV的氩上的带电准弹性（反）中微子截面。
2009-10-14 hep-ex physics.ins-det
Calibration of calorimetric measurement in a liquid argon time projection chamber
液态氩时间投影室为中微子物理研究和超标准模型物理的探索提供了高分辨率的事件图像和极好的量热分辨率。本文综述了影响探测器响应的主要物理过程，包括电子和场响应、空间电荷效应、电子与杂质的附着、扩散和复合等。我们描述了测量这些效应的方法，这些方法用于校准探测器响应并将测量的原始ADC计数转换为原始能量沉积。
2020-12-02 hep-ex physics.ins-det
Operation of a double-phase pure argon Large Electron Multiplier Time Projection Chamber: comparison of single and double phase operation
我们建造并运行了一个双相（液-汽）纯氩大电子倍增器时间投影室（LAr LEM-TPC），灵敏面积为10 × 10 cm $^2$，漂移长度可达30 cm。LEM是一种宏观空穴电子倍增器，采用标准PCB技术构建：漂移电子从液相提取到气相，并被驱动到LEM的空穴中，在那里发生倍增。移动的电荷在阳极和LEM电极上感应出信号。上LEM和阳极的正交分割的上表面允许电离事件的X-Y空间坐标的重建。该探测器配备了浸没在液体中的光电倍增管，用于触发电离事件和氩气净化电路，以确保长漂移路径。宇宙μ介子轨迹已被记录，探测器的进一步表征正在进行中。我们相信，这一原则的证明是一个重要的里程碑，在实现非常大，长漂移（成本效益）LAR探测器的下一代中微子物理和质子衰变实验，以及直接搜索暗物质与成像设备。
2009-07-16 physics.ins-det
A New Concept for Kilotonne Scale Liquid Argon Time Projection Chambers
我们开发了一种新的方法，用于时间投影室（TPC）的概念，适用于部署在千吨级探测器，具有电荷读出系统的重建模糊性，和一个强大的TPC设计，降低高电压的风险，同时增加光收集系统的覆盖范围。这个新概念可以部署为深地下中微子实验（DUNE）中微子振荡实验中的远探测器模块。对于电荷读出系统，我们使用的电荷收集像素和相关的专用集成电路，目前正在开发的液氩（LAr）组件的DUNE近探测器设计，ArgonCube。此外，我们将TPC分成若干个或更短的漂移体积，降低了用于漂移电离电子的总电压，并使每个TPC的存储能量最小化。分割TPC还包含闪烁光，允许精确的触发定位和更广泛的光读出系统。此外，该设计还提供了更换或升级组件的可能性。与具有投影电荷读出的传统单片LArTPC相比，这些增强可以显著提高可靠性和灵敏度，特别是对于低能量信号。
2019-11-13 physics.ins-det
A comparison between scintillation light Analog and Digital trigger for large volume Liquid Argon Time Projection Chambers
大体积液氩时间投影室（LAr-TPC）被用于中微子物理和稀有事件研究。这些探测器大多利用液态氩的闪烁光作为触发器。可以采用两种不同的方法来为这些检测器提供有效的触发系统，这依赖于对来自光电检测器（如光电倍增管或硅光电倍增器）的信号的模拟或数字处理。每种方法都有各自的优点和缺点，因此混合解决方案的实现可以从这两种方法中受益。为此，一个创新的电子板原型已被设计和提出用于大容量LAr-TPC探测器。
2020-04-10 hep-ex physics.ins-det
Demonstration of MeV-Scale Physics in Liquid Argon Time Projection Chambers Using ArgoNeuT
在ArgoNeuT液氩时间投影室（LArTPC）数据中，发现并重建了中微子-氩相互作用产生的低能光子在MeV尺度上的能量沉积.在费米实验室的NuMI束上收集的ArgoNeuT数据进行了分析，以选择TPC体积中的孤立低能沉积。这些沉积物的总数，重建的能量和位置进行了比较，从中微子-氩相互作用的模拟使用FLUKA蒙特卡罗发生器。测量的功能是一致的能量沉积从中微子的目标核的去激发和中微子-氩相互作用产生的初级中子的非弹性散射产生的光子。这项研究代表了一个成功的重建物理学在兆电子伏规模的LArTPC，在未来的大型LArTPC的超新星和太阳中微子相互作用的检测和重建的能力至关重要。
2018-10-15 hep-ex physics.ins-det
Performance study of a $3\times1\times1\mbox{ m}^3$ dual phase liquid Argon Time Projection Chamber exposed to cosmic rays
本文报道了用4吨（3 $\times$ 1 $\times$ 1~m $^3$）有效质量（体积）液态氩时间投影室（TPC）在双相模式下收集的宇宙线数据的分析结果。我们提出了一个详细的研究TPC的响应，其主要的检测器参数和性能。这些结果对于双相技术的理解和进一步发展非常重要，这要归功于对关键方面的验证，例如从液体到气体的电子提取及其通过整个一平方米读出平面的放大，增益稳定性，纯度和读出视图之间的电荷共享。
2021-04-16 hep-ex physics.ins-det
MicroBooNE: A New Liquid Argon Time Projection Chamber Experiment
液态氩时间投影室探测器非常适合研究中微子相互作用，并且是未来能够测量表征中微子振荡的参数的大质量探测器的一个有趣的选择。这些探测器将细粒度跟踪与量热法相结合，具有出色的成像和粒子识别能力。在这次演讲中，将介绍MicroBooNE实验的细节，这是一个175吨的LArTPC，将于2011年开始暴露于费米实验室的助推器中微子光束线。MicroBooNE区分电子和光子的能力使实验在低能中微子相互作用测量中具有独特的能力。
2009-10-19 hep-ex physics.ins-det
Performance study of the effective gain of the double phase liquid Argon LEM Time Projection Chamber
大电子倍增器（LEM）是双相液氩TPC的关键部件。从液体中提取的漂移电荷在87 K纯氩蒸气中位于液体上方半厘米处的LEM中被放大。LEM的特征在于孔周围的电介质边缘的尺寸、LEM绝缘体的厚度、孔的直径以及它们的几何布局。通过在漂移21 cm的双相液氩TPC中测试具有10 $\times$ 10 cm $^2$的活性面积的七个不同LEM来检查那些设计参数对放大的影响。我们研究了它们的最大可达增益和收集的电荷的均匀性，以及长期稳定性的增益的影响方面的响应。我们表明，我们可以达到约150的最大增益，这对应于约800的信噪比（$S/N$）的最小电离粒子（MIP）信号3毫米读出条。我们还可以得出结论，LEM孔附近的电介质表面充电的时间常数不同，这取决于它们的设计参数。我们的研究结果表明，LAr LEM TPC是一个强大的概念，是很好理解的，非常适合在超纯低温环境中运行，可以匹配未来的大规模液氩探测器的目标。
2014-12-14 physics.ins-det
Improving the potential of BDF@SPS to search for new physics with liquid argon time projection chambers
本研究针对SPS束流倾倒实验，提出加装液氩时间投影室探测器以提升长寿命粒子等新物理的探测能力，探索了重中性轻子双簇射、非弹性轻暗物质、毫荷电粒子等独特信号的搜寻潜力。
2024-03-07 hep-ph physics.ins-det
Study of Neutron-Induced Ionization in Helium and Argon Chamber Gases
用于监测NuMI中微子束线中的次级强子和三级μ子束的离子室将暴露于背景粒子，包括束流收集器中产生的低能中子。为了理解这些背景，我们研究了氦和氩填充电离室暴露于强中子通量从PuBe中子源（$E_n=1-10$ MeV）。这些源每秒发射大约10个$^8$中子。导出了每个入射中子在腔室气体体积中的离子对数目。虽然有限的精度，因为一个大的伽马射线背景的PuBe源，我们的结果是一致的期望，中子在腔室气体中纯粹弹性相互作用。
2004-05-05 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Enhancing Neutrino Event Reconstruction with Pixel-Based 3D Readout for Liquid Argon Time Projection Chambers
在本文中，我们探讨了中微子事件重建的潜在改进，三维像素化读出可以提供一个二维投影线读出液氩时间投影室。我们在这两种设计的两种通用的理想化检测器配置中模拟和研究事件，使用深度卷积神经网络对每个样本中的事件进行分类，以比较最佳2D结果和最佳3D结果。在几乎所有的情况下，我们发现，3D读出提供更好的重建效率和纯度比2D投影线读出，与3D的优势是特别明显的更复杂的拓扑结构，如电子中微子带电电流事件。我们的结论是，使用3D像素化探测器可以显着提高未来的液态氩TPC实验物理计划，如DUNE的范围和影响。
2020-01-23 hep-ex physics.ins-det
TITUS: Visualization of Neutrino Events in Liquid Argon Time Projection Chambers
高能物理实验所记录的数据的数量和复杂性正在迅速增长，并且随着这些增长，可视化这些数据的难度也在增加。为了研究中微子（一种基本粒子）的物理学，科学家们使用了液态氩时间投影室（LArTPC）探测器等技术。LArTPC具有非常高的空间分辨率，可以分辨出许多来自中微子的基本粒子，这些粒子与探测器中的氩气相互作用。可视化这些中微子相互作用对于理解中微子的性质至关重要，而且还可以监测和检查探测器的条件和操作。基于这些想法，我们开发了TITUS，一种事件显示器，可以显示这些中微子探测器记录的图像。TITUS是一款软件，可以读取来自LArTPC探测器的数据（以及相应的模拟），并允许用户以多种方式探索这些数据。TITUS具有灵活性，可实现快速原型设计和定制。
2020-10-25 hep-ex physics.ins-det
Benefits of MeV-scale reconstruction capabilities in large liquid argon time projection chambers
使用真理水平的蒙特卡罗模拟的粒子相互作用在大量的液态氩，我们展示了物理能力，使重建拓扑结构紧凑和孤立的低能量的功能，或“光点”，在大型液态氩时间投影室（LArTPC）的事件。这些特征主要是由光子相互作用的电子产物沉积电离能产生的。LArTPC的光点识别能力是由其独特的大小，位置分辨率精度和低能量阈值的组合。我们表明，考虑在LArTPC物理分析重建的光点可以导致中微子和新的物理相互作用的量热法的实质性改善，并为最终状态的粒子范围内的能量从MeV到GeV规模。光点活动分析也表明，使相互作用的通道和最终状态的粒子类型之间的歧视。除了证明这些收益量热和歧视，光点重建能力和物理结果的一些限制也进行了讨论。
2020-10-21 hep-ex physics.ins-det
First operation of poly(ethylene naphthalate) enclosures for high-purity germanium detectors in liquid argon for $^{42}$K/$^{42}$Ar mitigation
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文研究了PEN屏蔽在高纯锗探测器中用于抑制液氩中$^{42}$K/$^{42}$Ar背景的效果，发现屏蔽不会影响探测器性能，并展示了对$^{42}$K的抑制能力。
2025-11-21 physics.ins-det
The ArDM Liquid Argon Time Projection Chamber at the Canfranc Underground Laboratory: a ton-scale detector for Dark Matter Searches
氩暗物质（ArDM）实验由一个液态氩（LAr）时间投影室（TPC）组成，对假设的弱相互作用大质量粒子（WIMP）在氩靶上散射产生的核反冲敏感。ArDM的活动目标为850公斤，是LAr探索暗物质的重要里程碑。我们目前的实验装置安装在地下的Submartorio Submarteo德Canfranc（LSC），西班牙。我们展示了2015年单相调试运行（ArDM运行I）期间记录的第一批数据，这些数据总体上证实了吨级LAr探测器的良好和稳定性能。
2016-12-19 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
First results from a Liquid Argon Time Projection Chamber in a Magnetic Field
首次在0.55特斯拉的磁场中操作了小型液氩时间投影室（LAr TPC）。探测器的成像特性不受磁场的影响。在一次宇宙射线的测试中，收集到了一个贯穿和停止的μ子样本。室与读出电子和实验装置进行了说明。一些选定的事件进行了重建和分析，结果。带电粒子轨道的磁弯曲允许确定电荷和动量，即使对于未完全包含在漂移室中的粒子。例如，这些特征是中微子工厂中未来中微子探测器所需的。
2005-05-21 astro-ph hep-ph physics.ins-det
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}。
2010-12-19 hep-ex physics.ins-det physics.optics
First Demonstration of a Pixelated Charge Readout for Single-Phase Liquid Argon Time Projection Chambers
液态氩时间投影室（LArTPC）已被选定为未来的长基线深地下中微子实验（DUNE）。为了使LArTPC在DUNE的高多重性近探测器环境中工作，需要一种新的电荷读出技术。传统的电荷读出技术引入了固有的模糊性，结合缓慢的检测器响应，这些模糊性限制了LArTPC的性能，直到现在。在这里，我们提出了一种新的像素化电荷读出，使LArTPC的完整的3D跟踪能力。我们将电荷读出链的信噪比提高到14左右，并演示了由像素读出产生的3D空间点上的径迹重建。这种像素化的电荷读出使LArTPC成为DUNE近探测器复合体的可行选择。
2018-01-26 hep-ex physics.ins-det
DNN-based Signal Processing for Liquid Argon Time Projection Chambers
针对液氩时间投影室中感兴趣区域识别的难题，提出将其转化为图像分割任务并采用U-ResNet架构的深度学习信号处理方法，性能优于传统方法且鲁棒性强，已被短基线中微子项目采用。
2025-10-27 hep-ex physics.ins-det
Dark Matter Detection Capabilities of a Large Multipurpose Liquid Argon Time Projection Chamber
液态氩时间投影室计划在美国高能物理中微子计划的未来中发挥核心作用。特别是，这种探测器技术将成为4万吨深地下中微子实验（DUNE）的基础。在本文中，我们作为一个出发点的双相位远探测器设计提出的DUNE实验，并询问需要什么样的变化，让四个10 kt模块之一，是敏感的重弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质。我们表明，控制背景和使用低放射性氩，这可能是商业上的时间尺度，随着光检测的显着增加，一个沙丘样模块提供了一个有竞争力的WIMP检测灵敏度，特别是以上的暗物质质量为100 GeV。
2020-09-18 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
AVOLAR. A high voltage generator for liquid argon time projection chambers
一些主要的中微子振荡和暗物质实验选择了充满液态氩（LAr）的时间投影室（TPC）作为下一代探测器的技术。由于其几米的典型漂移长度，需要相对大的阴极电压来提供相当大的漂移场。目前的设计是基于高压（HV）限制在几百千伏馈电线。目前的工作提出了一种新的方法来产生更高的电压内的检测器。它是基于范德格拉夫高压发生器，其中电荷传输带被低温LAr流取代。负电荷通过面向正电压电极的接地尖点注入液体中，其间具有高速LAr流。LAr流通过电绝缘管将电荷输送到阴极。在阴极中，用金属网提取电荷。LAr通量由带有单向阀的低温氦泵驱动，以确保连续流动。LAr的工作温度由带自动填充功能的加压液氮储存器保持。整个系统安装在杜瓦瓶容器内，杜瓦瓶容器将充满LAr，重现典型的TPC条件。这种设计没有移动部件，因此非常坚固，并且可以容易地嵌入TPC阴极的结构支撑内。这种高压发生器的原型已经在CIEMAT（马德里）建造，目前正在表征。本文介绍了这一研究成果，并对初步结果进行了讨论.
2020-02-07 physics.ins-det
Design and operation of LongBo: a 2 m long drift liquid argon TPC
本文报道了在液态氩纯度演示装置中的龙波时间投影室的设计和运行情况。该室具有2米长的漂移距离。用宇宙线μ子测量了液氩中电子的漂移寿命，在95%的置信水平下，寿命至少为14 ms。龙博配备前置放大器，安装在液氩检测器上。在144个通道中，128个通道由用分立电路制成的前置放大器读出，16个通道由ASIC前置放大器读出。对于离散通道，我们在350 V/cm的漂移场下测量到30的信噪比（S/N）。ASIC通道的实测信噪比是离散通道的1.4倍。
2015-05-13 physics.ins-det
Stable operation with gain of a double phase Liquid Argon LEM-TPC with a 1 mm thick segmented LEM
本文介绍了小型液氩大电子倍增器时间投影室（LAr LEM-TPC）的实验结果。这种探测器概念提供了一种能够进行电荷放大的3D跟踪和量热装置，适用于下一代中微子探测器，并可能直接用于暗物质搜索。在一个装有10 $\times$ 10 cm $^2$读出器的3 lt电离室的测试中，在三周的数据采集期间记录了宇宙μ子数据。最大增益达到6.5，液氩保持足够的纯度以确保20 cm的漂移（O（ppb）~O $_2$当量）。
2010-10-12 physics.ins-det
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）
SoLAr项目利用像素化液氩时间投影室的电荷和光读出技术，实现了对宇宙射线缪子的高效率探测和能量分辨率提升。
2025-12-11 hep-ex physics.ins-det
Enhanced low-energy supernova burst detection in large liquid argon time projection chambers enabled by Q-Pix
从核心坍缩超新星中探测到中微子可能揭示重要的过程特征以及中微子的性质。超新星中微子的探测是未来基于液态氩的千吨级中微子探测器的主要科学驱动力之一。在这里，我们表明，对于这样的探测器的固有的3D读出Q-Pix提供了许多优势，相对于基于线的读出，如更高的重建效率，更低的能量阈值，相当低的数据速率，和潜在的指向信息。
2022-08-12 hep-ex physics.ins-det
Continuous data acquisition for liquid argon time projection chamber neutrino detectors using FPGA-based real-time compression algorithms
液氩时间投影室（LArTPC）已被提议作为中微子探测器，它结合了大尺寸以最大化中微子相互作用的数量和详细记录的相互作用。以MHz采样率读出数千个通道产生具有毫米级分辨率的中微子-核相互作用的图像，从而能够识别产生的粒子，并提供多个手柄来测量它们的能量，但以牺牲大数据速率为代价。需要连续采集LArTPC数据，以便能够使用高延迟触发器来捕获非加速器射束事件。我们描述的情况下，连续读出的MicroBooNE LArTPC，授予的可能性，从超新星使用SNEWS（超新星预警系统）警报作为延迟触发获取中微子爆发。连续的数据采集是通过使用实时压缩算法（零抑制和霍夫曼压缩）实现在一个FPGA中的读出电子。
2019-09-06 hep-ex physics.ins-det
First Observation of Low Energy Electron Neutrinos in a Liquid Argon Time Projection Chamber
液氩时间投影室（LArTPC）重建中微子事件的空间和量热信息的能力使它们成为许多实验中的首选探测器，特别是那些希望观察电子中微子（$ν_e$）外观的实验。LArTPC承诺出色的背景抑制能力，特别是在这个“黄金”通道的短期和长期基线中微子振荡实验。我们提出的第一个实验观测的电子中微子和反中微子的ArgoNeut LArTPC，在相关的DUNE和费米实验室短基线中微子计划的能量范围。我们选择了37个电子候选事件和274个伽马候选事件，并测量了基于拓扑选择的80%的电子纯度。此外，我们提出了一个分离的电子从伽马使用量热能量沉积，证明进一步分离的电子从背景伽马。
2017-03-15 hep-ex physics.ins-det
Liquid Argon Time Projection Chamber Research and Development in the United States
2013年3月20日至21日在费米实验室举行了一次研讨会，讨论美国液态氩时间投影室（LArTPC）的发展。讲习班是在高级探测器协调小组的主持下举办的，该小组是由美国物理学会粒子和场司发起的。讲习班上的所有介绍都是在全体会议上进行的，这些会议分为七个专题类别：$i)$氩气纯度、$ii)$低温学、$iii)$ TPC和高压、$iv)$电子学、数据采集和触发、$v)$闪烁光探测、$vi)$校准和测试光束以及$vii)$软件。本文件概述了目前在每一主题类别中所作的努力。它还强调了在LArTPC研究和开发领域是共同的中微子实验和暗物质实验。
2014-03-09 hep-ex physics.ins-det
First demonstration of a sub-keV electron recoil energy threshold in a liquid argon ionization chamber
我们描述了亚千电子伏的电子反冲能量阈值在双相液氩时间投影室的第一个演示。这是一个重要的一步，在努力开发一种探测器，能够识别电离信号产生的核反冲能量的顺序为几千电子伏及以下。我们通过观察Ar-37的K-和L-壳层电子俘获衰变后的能谱中2.82 keV和0.27 keV处的峰获得了这一结果。Ar-37源的制备进行了详细描述，因为它使校准，也可能证明是有用的暗物质直接检测实验。一个内部放置的Fe-55 X射线源同时提供了另一个校准点在5.9千电子伏。我们讨论了在这三个校准能量下液氩中的电离产额和电子复合。
2013-07-19 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
The ICARUS Front-end Preamplifier Working at Liquid Argon Temperature
本文描述了1997- 1998年欧洲核子研究中心（CERN）西区中微子实验装置上安装的ICARUS 50升液氩时间投影室的低噪声前端探测器的特性和性能。前置放大器设计为在87 K的超纯液态氩中工作。
2011-08-20 physics.ins-det
The Mini-CAPTAIN Liquid Argon Time Projection Chamber
这份手稿描述了在洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）的中子束中调试Mini-CAPTAIN液氩探测器，这导致了氩中高能中子相互作用的首次测量。Mini-CAPTAIN探测器由一个时间投影室（TPC）和一个密封在充液氩低温恒温器内的光电倍增管（PMT）阵列组成。在操作过程中，液态氩在闭环循环中不断净化和再循环。的规格和组件的检测器子系统和它们的性能在中子束的概述。
2020-08-26 hep-ex physics.ins-det
Electron Neutrino Classification in Liquid Argon Time Projection Chamber Detector
Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；National Center for Nuclear Research（国家核研究中心）
中微子是已知最少的基本粒子之一。中微子的探测是一项极其困难的任务，因为它们只受到弱亚原子力或引力的影响。因此，建造大型探测器来揭示中微子的性质。其中，液氩时间投影室（LAr-TPC）探测器为中微子研究提供了良好的成像和粒子识别能力。为了充分发挥LAr-TPC技术的潜力，需要计算机自动重建和识别粒子的方法。本文提出了一种新的电子中微子分类方法。该方法从观测事件的图像中构造特征描述符。它表征了从感兴趣的顶点传播的信号分布，其中粒子与检测器介质相互作用。该分类器学习与构造的特征描述符，以决定是否图像表示电子中微子或级联产生的光子。所提出的方法假设主交互顶点的位置是已知的。研究了该方法的性能对主顶点位置噪声和粒子能量的依赖性。
2015-05-03 cs.CV physics.ins-det
A deep-learning based raw waveform region-of-interest finder for the liquid argon time projection chamber
液氩时间投影室（LArTPC）探测器技术具有测量太阳和超新星产生的低能中微子的特性和寻找极低能量的奇异物理的出色能力。为了实现这些物理目标，识别和重建每条TPC导线上记录的波形中的信号至关重要。在本文中，我们报告了一种新的算法的基础上，一维卷积神经网络（CNN），以寻找感兴趣的区域（ROI）的原始波形。我们使用ArgoNeuT实验的数据，结合改进的噪声缓解程序和模拟事件的更现实的数据驱动的噪声模型来测试该算法。这种深度学习ROI查找器在提取小信号方面表现出良好的性能，并且在$\sim$ 0.03-0.1 MeV的低能量区域中，效率大约是传统算法的两倍。这种方法为利用LArTPC探索低能物理提供了巨大的潜力。
2022-01-12 hep-ex physics.ins-det
Summary of the Second Workshop on Liquid Argon Time Projection Chamber Research and Development in the United States
2014年7月8日至9日，在费米实验室举行了第二次研讨会，讨论美国液态氩时间投影室（LArTPC）的发展。讲习班是在高级探测器协调小组的主持下举办的，该小组是由美国物理学会粒子和场司发起的。所有的专题介绍都是在六个专题全体会议上进行的：$i)$氩气纯度和低温学、$ii)$ TPC和高压、$iii)$电子学、数据采集和触发、$iv)$闪烁光检测、$v)$校准和测试光束以及$vi)$软件。本文件概述了目前在这些领域中的每一个方面所作的努力。它主要关注美国的工作，但也强调了世界其他地方所做的工作。
2015-04-23 hep-ex physics.ins-det
Liquid Argon TPC Signal Formation, Signal Processing and Hit Reconstruction
本文描述了费米实验室为ArgoNeuT和MicroBooNE实验开发的重建链的早期阶段。这些实验研究发生在液氩时间投影室中的加速器中微子相互作用。重建在这些相互作用中产生的粒子的性质需要微物理过程的知识，影响电离电子的产生和传输到读出系统。开发了导线信号去卷积技术，以将导线信号转换为用于命中重建的标准形式，以去除电子线路中的伪影并去除相干噪声。
2017-03-11 physics.ins-det
A steerable UV laser system for the calibration of liquid argon time projection chambers
一些液态氩时间投影室（LAr TPC's）正在建造或建议用于长基线和短基线束的中微子实验。对于这些探测器，由于几何或物理原因导致的漂移场的失真可能会影响事件的重建。根据TPC的几何形状和电漂移场强度，这种失真可能与漂移场本身具有相同的幅度。最近，我们提出了一种方法来校准漂移场和纠正这些可能的失真。虽然直线宇宙射线μ子轨道可以用于校准，但多重库仑散射和动量不确定性只允许有限的分辨率。相反，UV激光器可以在液态氩中产生直的电离轨道，并允许人们沿着TPC内体积中的不同路径映射漂移场。在这里，我们提出了一个紫外激光馈通设计与可操纵的紫外镜浸没在液体氩气中，可以指向激光束在许多位置通过TPC。直线电离路径对漂移场失真敏感，这些失真与线性光学路径的拟合允许提取漂移场，通过使用沿着整个TPC体积的这些激光轨迹，可以获得3D漂移场图。紫外激光馈通组件是该系统的原型，将用于费米国家加速器实验室（FNAL）的MicroBooNE实验。
2014-10-04 hep-ex physics.ins-det
DArT, a detector for measuring the 39Ar depletion factor
通过星系WIMP的弹性散射直接探测暗物质的最强大的技术之一是使用液态氩时间投影室。大气氩（AAr）具有天然存在的放射性同位素\ar{}，其为宇宙成因的。使用从地下井中提取的氩气，剥夺了\ar{}，是这些实验的物理潜力的关键。黑暗面-20 k（DS-20 k）暗物质搜索实验将使用50吨放射性纯地下氩（UAr）进行操作，这些氩从Cortez（美国）的Urania工厂提取，并在Aria蒸馏工厂（意大利撒丁岛）进行纯化。根据\ar{}评估UAr的放射性纯度对于DS-20 k的成功以及全球氩暗物质合作组织（GADMC）的未来实验至关重要，并将通过名为\dia{}的实验完成。DArT是一个小的腔室，将包含在测试中的氩气。该探测器将浸没在位于西班牙Canfranc地下实验室（LSC）的ArDM探测器的LAr活动体积中，该探测器将对来自探测器材料和周围岩石放射性的光子的背景事件起到积极的否决作用。
2020-01-22 physics.ins-det
First Operation of a Resistive Shell Liquid Argon Time Projection Chamber -- A new Approach to Electric-Field Shaping
我们提出了一种新的技术，用于在时间投影室（TPC）中使用载碳聚酰亚胺箔的电场的成形。该技术允许TPC的有源体积附近的无源材料的最小化，并且因此能够减少源自放射性衰变或材料本身上的散射的背景事件。此外，箔的高且连续的电阻率限制了每单位面积的功率耗散，并最小化了在电场击穿的情况下损坏的风险。用称为“外壳”的电阻塑料薄膜结构代替传统的场笼，减少了TPC内的组件数量，因此减少了操作检测器时的潜在故障点。成功地测试了具有这种电阻性外壳和由相同材料制成的阴极的原型液氩（LAr）TPC，用于在高达约1.5 kV/cm的电场值下的长期操作。实验表明，利用这种新技术成功地在液化贵气探测器中产生和整形电场是可行的。
2019-03-29 hep-ex physics.ins-det
Investigations on a Fuzzy Process: Effect of Diffusion on Calibration and Particle Identification in Liquid Argon Time Projection Chambers
电离电子扩散液氩时间投影室（LArTPC）通常被认为是在检测器的设计阶段，但很少有人注意到它的校准和粒子识别的影响。我们使用基于GEANT 4的模拟来研究扩散如何影响这些技术，并考虑如何模拟这种效果。我们发现，扩散可以导致漂移依赖的偏压的中位数和最可能的值（MPV）的每单位长度分布的电荷沉积。在添加探测器特定考虑因素（如电场不均匀性）之前，当前运行的LArTPC中典型最大漂移时间的偏倚估计为~2.5%（中位数）和~5.0%（MPV）。这表明，这些指标不应该被用于校准没有照顾，相反的传统智慧。扩散对LArTPC分离μ子和质子的能力的影响很小，预计不会在未来的探测器中造成任何问题。然而，当分离质量更相似的粒子（μ子和π子，K介子和质子）时，扩散可能是系统不确定性的重要来源。这种群体的分离可以通过实施依赖于漂移时间的颗粒识别来改进。
2022-05-25 hep-ex physics.ins-det
Adversarial methods to reduce simulation bias in neutrino interaction event filtering at Liquid Argon Time Projection Chambers
对于当前和未来的中微子振荡实验，使用大型液体氩时间投影室（LAr-TPC），一个关键的挑战是确定中微子相互作用的宇宙射线背景。使用传统的基于切割的选择，这种背景的拒绝通常是可能的，但是这通常需要预先使用计算上昂贵的重建算法。这项工作展示了一种替代方法，使用3D子流形稀疏卷积网络，对LAr-TPC内部相互作用的闪烁光信号的低级别信息进行训练。这种技术被应用到例子模拟ICARUS，远探测器的短基线中微子（SBN）计划在费米实验室。网络的结果表明，宇宙背景降低了76.3%，而中微子相互作用选择效率保持在98.9%以上。我们进一步提出了一种通过应用域对抗神经网络（DANN）来减轻不完美输入模拟的潜在偏差的方法，其中引入了修改后的模拟样本来模仿真实数据，并将其中一小部分用于adverserial训练。进行了一系列模拟数据研究，并证明了使用DANN来减轻偏差的有效性，表明中微子相互作用选择效率的表现明显优于没有对抗训练的情况。
2022-01-26 hep-ex physics.ins-det
Improvement and Characterisation of the ArCLight Large-Area Dielectric Light Detector for Liquid-Argon Time Projection Chambers
针对模块化液氩探测器难以外置高效光传感器的问题，本研究改进了可在电场内工作的ArCLight大面积WLS光探测器，对比了大表面TPB涂覆技术并介绍了量产质控方法。
2024-11-04 hep-ex physics.ins-det
Design and performance of a 35-ton liquid argon time projection chamber as a prototype for future very large detectors
液态氩时间投影室技术是大型中微子探测器的一个有吸引力的选择，因为它提供了一个高分辨率的活性靶，预计它可以扩展到非常大的质量。因此，它已被选为DUNE远探测器的第一个模块的技术。然而，下一代中微子振荡实验的“远探测器”所需的基准质量远远超过迄今为止已经证明的。缩放到这个更大的质量，以及地下施工的要求，对设计提出了一些额外的限制。费米国家加速器实验室建造了一个35吨的低温恒温器原型，以测试预计将用于非常大的远探测器的组件的功能。第一阶段运行于2014年初完成，证明液氩可以在膜低温恒温器中保持足够的纯度。第二阶段运行安装了一个时间投影室，在2016年2月和3月收集了数据。第二阶段运行是对带有缠绕导线、冷读出电子器件和集成光子检测系统的模块化阳极平面组件进行的测试。虽然设计的细节与DUNE远探测器的设计并不完全匹配，但35吨重的TPC原型是基本组件功能的演示。使用第二阶段数据进行测量，以提取信号和噪声特性，并对齐检测器组件。提出了一种电子寿命的测量方法，并描述了一种基于脉冲特性测量径迹位置的新技术。
2020-03-02 physics.ins-det
Augmented Signal Processing in Liquid Argon Time Projection Chambers with a Deep Neural Network
液态氩时间投影室（LArTPC）是一种先进的中微子探测器技术，广泛应用于最近和即将到来的加速器中微子实验中。它具有低能量阈值和高空间分辨率，可以全面重建事件拓扑结构。在当前一代LArTPC中，记录的数据由漂移电离电子导线上的感应信号产生的导线上的数字化波形组成，其也可以被视为带电粒子轨迹的二维（2D）（时间与导线）投影图像。对于这样的成像检测器，一个关键步骤是信号处理，其从记录的2D图像重建原始电荷投影。我们首次在LArTPC信号处理中引入深度神经网络，以改善信号感兴趣区域的检测。通过结合领域知识（例如，匹配来自多个线平面的信息）和深度学习，该方法显示出比传统方法显著的改进。这项工作详细介绍了方法，软件工具，并与现实的检测器模拟评估的性能。
2020-11-03 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Precise 3D track reconstruction algorithm for the ICARUS T600 liquid argon time projection chamber detector
液态氩时间投影室（LAr TPC）探测器提供带电粒子成像能力和卓越的空间分辨率。为了充分利用这项技术的潜力，精确的事件重建程序至关重要。在本文中，我们提出了一种新的，一般的方法，三维重建的LAr TPC与实际应用的跟踪重建。该方法的效率进行评估的样本上的模拟轨道。我们还提出了应用该方法的分析过程中收集的真实数据跟踪ICARUS T600探测器操作与CNGS中微子束。
2013-01-11 hep-ex physics.ins-det
Differentiable Simulation of a Liquid Argon Time Projection Chamber
针对液氪时间投影室仿真器校准中参数相互交织的问题，提出一种支持基于梯度优化的可微仿真器，首次实现所有探测器参数同步校准，并探讨其优势、挑战及在物理分析流程中的应用前景。
2023-09-08 hep-ex physics.ins-det
Direct comparison of PEN and TPB wavelength shifters in a liquid argon detector
大量的粒子探测器采用液态氩作为其靶材料，这是由于液态氩的高闪烁产额和其在大距离上漂移电离电荷的能力。来自氩气的闪烁光峰值为128 nm，需要波长移位器才能对其进行有效检测。在这项工作中，我们直接比较了在两个相同的液氩室，其中一个配备了聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）和四苯基丁烷（TPB）波长移位器的光输出。两个腔室都衬有增强的镜面反射器，并装有覆盖率约为1%的SiPM，这代表了与未来大规模探测器相当的几何形状。我们测得PEN室的光输出为TPB室的输出的39.4 $\pm$ 0.4（stat）$\pm$ 1.9（syst）%。使用蒙特卡罗模拟该结果用于提取PEN相对于TPB的波长偏移效率等于47.2 $\pm$ 5.7%。这一结果为使用容易获得的PEN箔作为波长移位器铺平了道路，这可以大大简化未来液氩探测器的构造。
2022-03-15 astro-ph.IM physics.ins-det
Dielectric Strength of Noble and Quenched Gases for High Pressure Time Projection Chambers
介电击穿强度是用于大型高压气体时间投影室的气体和混合物的关键性能指标之一。本文实验研究了几种重要的时间投影室工作气体和气相绝缘体在100 mbar ~ 10 bar压力范围内的介质击穿强度，气隙尺寸为0.1mm ~ 10 mm，所表征的气体包括氩气、氙气、CO2、CF 4以及90-10氩-CH 4、90-10氩-CO2和99-1氩-CF 4的混合气体。我们开发了一个理论模型，高压击穿的微物理模拟的基础上，使用PyBoltz电子群Monte Carlo结果作为输入汤森和米克放电标准。该模型在高压下具有高度的预测性，显著优于传统的Paschen-Townsend和Meek-Raether模型。在较低的压力-时间-距离，汤森类模型是一个很好的描述惰性气体，而米克类模型提供了一个高度准确的预测绝缘气体。
2021-07-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Study of ionization signals in a TPC filled with a mixture of liquid Argon and Nitrogen
本文报道了在充有液态氩并掺有不同比例氮的时间投影室（TPC）中宇宙线μ子和康普顿电子电离径迹信号的证据。这项研究已经进行了鉴于可能使用的液态氩/氮TPC的氮吸收光谱，一个有前途的技术，用于安全和医疗应用的共振带中的伽马射线的检测。
2008-09-18 physics.ins-det
Prospects of detecting the reactor $\bar{ν_e}$-Ar coherent elastic scattering with a low threshold dual-phase argon time projection chamber at Taishan
本文提出用200 kg基准质量的双相液氩时间投影室（TPC）测量中微子核的相干弹性散射（CE $ν$ NS）。探测器预计将与Juno-Tao实验相邻，距离台山4.6GW热功率的反应堆堆芯约35米。在这个位置，反中微子通量大约是6 $\times10^{12}$ cm $^{-1}$ s $^{-1}$，导致基准物质中每天有超过11，000个相干散射事件。然而，核反冲能量集中在sub-keV区域，对应于液态氩中少于10个电离电子。由于在气体区域中的大放大，可以在双相TPC中实现对几个电离电子的检测。在四个电离电子的可行检测阈值下，信号率为每天955。探测器的设计是屏蔽宇宙背景和周围的放射性，以达到16%的背景信号比的能量区的利益。利用大型CE $ν$ NS样品，讨论了测量弱混合角$\sin^{2}θ_{W}$和限制中微子磁矩的预期灵敏度。此外，可以预见反应堆反中微子CE $ν$ NS实验和暗物质实验之间的协同作用。
2021-03-19 hep-ex physics.ins-det
Low Background kTon-Scale Liquid Argon Time Projection Chambers
我们发现，这是可能的，以增加对低能量物理学的灵敏度在第三或第四个沙丘样的模块，仔细控制放射性纯度和一些修改的探测器类似的沙丘远探测器设计。特别是，对超新星和太阳中微子的灵敏度可以通过改进的MeV尺度范围来提高。用$^{136}$中子加载的无中微子双β衰变搜索看来是可行的。此外，弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质（DM）的灵敏度与计划中的世界计划在这样的探测器中变得具有竞争力，提供了独特的季节变化检测，这是WIMP性质的特征。
2022-03-16 hep-ex physics.ins-det
