Coherent neutrino scattering and the Migdal effect on the quenching factor
最近的测量锗淬火因子偏离显着的标准Lindhard模型的预测低于千电子伏的核反冲能量。这种偏离可以用中子在锗上散射的Migdal效应来解释。我们表明，Migdal效应的猝灭因子可以模仿信号的光Z'或轻标量介体在相干弹性中微子核散射实验与反应堆反中微子。为了避免这种混淆，必须在接近阈值的位置精确测量低反冲能阈值核的猝灭因子。这也将有助于对光暗物质的实验研究。
2021-06-10 hep-ex hep-ph nucl-ex
$\texttt{nrCascadeSim}$ -- 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
Consistent empirical physical formula construction for recoil energy distribution in HPGe detectors using artificial neural networks
γ射线跟踪技术是实验原子核结构物理中一种高效的探测方法。在这种方法的基础上，目前正在开发两个伽马射线跟踪阵列，即欧洲的AGATA和美国的GRETA。中子在这些探测器中的相互作用导致伽马射线谱中不需要的背景。因此，这些探测器中的中子的相互作用点必须在伽马射线跟踪过程中确定，以提高光峰效率和伽马射线峰的峰总比。因此，我们用实验和人工神经网络方法计算了1-5 MeV中子非弹性散射锗核的反冲能分布。此外，对于反冲锗核的高度非线性探测器响应，我们通过适当的分层前馈神经网络（LFNN）构建了一致的经验物理公式（EPFs）。这些LFNN-EPFs可以用来获得进一步的物理函数，这可能是相关的确定中子相互作用的γ射线跟踪过程。
2012-07-23 nucl-ex physics.ins-det
Measurement of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering from reactor antineutrinos
本文叙述了3 kg超低噪声锗探测器在动力堆高通量反中微子中的96.4天暴露。一个非常强烈的偏好（$p<1.2\times10^{-3}$）的存在下，一个相干的弹性中微子核散射（CE $ν$ NS）组件的数据被发现，相比，只有背景模型。在反应堆停堆期间的25天运行中，没有看到这种影响。最佳拟合CE $ν$ NS信号与基于最近表征的锗对亚千电子伏核反冲的响应的预期非常一致。使用当前数据可以排除标准模型CE $ν$ NS预测的60\%级偏差。对锗猝灭因子、中微子能谱和本底模型的不确定度进行了检验。
2022-11-19 hep-ex hep-ph nucl-ex
Cryostat for Ultra-low-energy Threshold Germanium Spectrometers
本文介绍了一种低温恒温器的发展，旨在提高低能量阈值（低于0.5 keV）的p型点接触锗γ射线谱仪。超低能量阈值在低能核反冲的探测中是重要的，低能核反冲是与暗物质直接探测和相干中微子-核散射测量相关的事件类别。低温恒温器的设计，包括一个热和电场模型，给出。一个原型低温恒温器已组装和数据采集，以评估其真空和热性能。
2012-10-08 nucl-ex physics.ins-det
Neutron capture-induced nuclear recoils as background for CE$ν$NS~measurements at reactors
本研究量化了反应堆环境中子俘获诱导核反冲对CEνNS测量的本底影响，提出热中子通量需低于7×10⁻⁴ n/cm²s以实现5σ测量，并建议采用主动veto系统降低该本底。
2023-05-26 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Large-size sub-keV sensitive germanium detectors for the CONUS experiment
反应堆反中微子的强通量提供了一种独特的可能性，以探测弹性中微子散射原子核的完全相干特性。在这方面，探测器面临的挑战是记录最大几keV的微小反冲能量。CONUS实验安装在距离德国Brokdorf核电站反应堆堆芯17.1米的地方，旨在通过使用四个1公斤大小的点接触锗探测器来探测中微子相互作用通道，其能量阈值低于keV。本报告描述了这些探测器的设计、研发和最终生产的独特规格。它展示了它们在实验室条件下调试期间以及2018年4月1日开始在反应堆现场运行的前两年期间获得的出色电子性能。它突出了不同探测器参数的长期稳定性和CONUS屏蔽装置内锗探测器的本底水平。
2021-04-08 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
The KOALA Experiment for (anti)proton-proton Elastic Scattering
KOALA实验测量了在四动量转移平方0.0008 < |t| < 0.1（GeV/c）$^2$的宽范围内（反）质子-质子弹性散射的微分截面。通过分析微分截面谱的特征形状，可以得到前向散射参数和绝对光度。实验是基于固定的目标运动学和使用内部氢簇射流目标。|t|的宽范围是通过用反冲探测器测量90°附近反冲质子的总动能来实现的，该反冲探测器由硅和锗单面条传感器组成。反冲探测器的能量分辨率优于30 keV（FWHM）。前向探测器由两层塑料反射器组成，测量靠近束轴的前向弹性散射束粒子。它有助于在小反冲角下抑制大背景，并改善低|t|范围内弹性散射事件的识别。KOALA装置已在COSY安装和调试，以便通过测量质子-质子弹性散射来验证探测器。此处介绍了此次试运行的结果。
2021-03-17 nucl-ex physics.ins-det
Low Background Gamma Spectroscopy at the Boulby Underground Laboratory
Boulby地下锗套件（BUGS）由三个低本底、高纯度锗探测器组成，在位于英国英格兰东北部地下1.1公里处的Boulby地下实验室运行。BUGS利用三种类型的探测器来促进高灵敏度、高通量的放射性测定方案，以支持稀有事件搜索实验的发展。宽能锗（BEGe）探测器对低能伽马射线（如210 Pb和234 Th发射的伽马射线）具有灵敏度。采用小阳极锗（SAGe）阱型探测器进行小样品的有效筛选。最后，标准p型同轴检测器提供标准样品的快速筛选。本文介绍的步骤，用于验证这些探测器的性能为各种样品的几何形状，包括适用于帐户级联求和效应的校正。对于低密度材料，BUGS能够放射性分析到比活度低至3.6 mBq/kg的234 Th和6.6 mBq/kg的210 Pb，这两种物质都发现了238 U链中的一些重要平衡断裂。在密度更大的材料中，γ射线自吸收增加，证明了对226 Ra的比活度为0.9 mBq/kg，228 Ra为1.1 mBq/kg，224 Ra为0.3 mBq/kg，40 K为8.6 mBq/kg的灵敏度，所有上限均为90%置信水平。这些都满足了目前正在进行的大多数稀有事件搜索实验的筛选活动的要求，例如LUX-ZEPLIN（LZ）暗物质实验。我们还强调了BEGe探测器探测X射线荧光区域的能力，这对于确定与中子生产相关的放射性同位素的存在是很重要的;这在对核反冲敏感的实验中特别重要。
2017-11-15 nucl-ex physics.ins-det
Large-mass, low-threshold sapphire detector for rare event searches
低质量核反冲暗物质和相干弹性中微子核散射（CENNS）搜索在选择超低阈值和大质量探测器时面临类似的挑战。我们报告的实验结果，从第一个同类的100克单晶蓝宝石探测器设计的直径为76毫米，厚度为4毫米。探测器的目的是调查低质量区域的暗物质相空间和搜索CENNS在反应堆现场的低能量稀有相互作用是敏感的。蓝宝石是氧化铝（Al2O3）的晶体，并且由于其与诸如锗和硅的其他探测器材料相比较低的原子质量，已经发现其是用于轻质量自旋相关暗物质搜索实验的良好候选物。使用从德克萨斯A&M大学的测试设施收集的数据，我们能够解析来自校准源的低能谱线，并估计我们新开发的蓝宝石探测器的基线反冲能量分辨率为18 eV。这些检测器在0 V下操作，声子辅助检测提供无猝灭的低阈值操作。
2022-03-27 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Identification and rejection of scattered neutrons in AGATA
252 Cf自发裂变后释放的伽马射线和中子是在意大利国立科学院的AGATA实验中测量的。该装置由四个AGATA三重簇探测器（12个36倍分段高纯度锗晶体），放置在距离源50厘米，和16个HELENA BaF2探测器。该实验的目的是研究中子在AGATA的分段式高纯锗探测器中的相互作用，并研究用伽马射线跟踪技术区分中子和伽马射线的可能性。BaF2探测器用于飞行时间测量，这给出了中子和伽马射线的独立区分，并用于优化基于伽马射线跟踪的中子抑制方法。有人发现，标准的伽马射线跟踪，没有任何额外的中子排斥功能，有效地消除了大部分的相互作用点，由于反冲Ge核弹性散射后的中子。标准的追踪也拒绝了大量的事件，由于非弹性散射的中子在锗晶体。通过对以下量设置条件来获得中子排斥的进一步增强，这些量通过跟踪算法针对每个事件进行评估：第一和第二相互作用点的能量、伽马射线的计算入射方向的差异、品质因数值。中子排斥跟踪的实验结果与Geant 4模拟结果吻合较好。
2013-06-12 nucl-ex
Impact of form factor uncertainties on interpretations of coherent elastic neutrino-nucleus scattering data
标准模型相干弹性中微子-核散射截面（CE $ν$ NS）受核形状因子不确定性的影响，主要由中子密度分布的均方根半径驱动.出于一致性阶段I-III和未来的多吨直接探测暗物质搜索，我们评估碘化铯，锗，氙和氩探测器的这些不确定性。我们发现，动量转移$q\gtrsim 20$兆电子伏的不确定性变得相关，基本上是独立的形状因子参数化。因此，形状因子的不确定性是不重要的CE $ν$ NS反应堆或太阳中微子诱导。考虑到这些不确定性，我们然后评估它们的测量CE $ν$ NS在COHERENT，扩散超新星背景（DSNB）中微子和亚GeV大气中微子的影响。我们还计算了作为反冲能函数的不同核的相干事件数的相对不确定度。对于DSNB和大气中微子，液氩探测器的事件率可以不确定到5%以上。最后，我们考虑了形状因子的不确定性对非标准中微子相互作用、不育中微子和广义中微子相互作用的影响。我们指出，使用CE $ν$ NS数据的新物理的研究受到中子形状因子的不确定性，如果不适当地考虑，可能会导致新的物理信号的错误识别。这里量化的不确定性也与暗物质直接探测搜索有关。
2019-06-21 hep-ex hep-ph nucl-ex
Consequences of the Dresden-II reactor data for the weak mixing angle and new physics
Dresden-II反应堆实验最近报道了一个使用锗探测器观测中微子-核相干弹性散射的暗示性证据。由于低反冲能量阈值，这些数据是特别有趣的低能量的弱混合角的测定和新的物理导致在低动量转移的光谱失真的研究。使用两个假设的淬灭因子，我们研究的影响的数据：（i）弱混合角在重整化尺度的$\sim 10\,\text{MeV}$，（ii）中微子广义相互作用与光介质，（iii）不育中微子偶极门户。弱混合角的结果显示出强烈的依赖于淬灭因子的选择。虽然仍然有很大的不确定性，德累斯顿-II的数据提供了第一次确定$\sin^2θ_W$在这样的规模使用相干弹性中微子核散射数据。严格的上限放在光矢量，标量和张量介体的情况下。由反应堆反中微子通量和电离能阈值暗示的运动学约束允许无菌中微子偶极门户产生无菌中微子质量高达$\sim 8\,$ MeV的向上散射事件。在这种情况下，我们发现极限也对猝灭因子的选择敏感，但在这两种情况下，在相同的无菌中微子质量范围内，与从XENON 1 T数据得出的极限竞争，并且比从COHERENT数据得出的极限更加严格。
2022-09-15 hep-ex hep-ph nucl-ex
Particle physics in the sub-keV energy regime
本研究论证了低温纯CsI作为下一代CEνNS靶材的可行性，首次测量了反应堆反中微子的CEνNS，并利用相关工具开展μ子稀有衰变搜寻，给出暗物质候选体的新灵敏度限制。
2023-10-04 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Neutron-induced background in the CONUS experiment
CONUS实验是一个新的实验，目的是利用高纯锗探测器和反应堆作为反中微子（$\barν$）源，在完全相干区探测弹性中微子核散射。探测器装置安装在德国Brokdorf的商业核电站，与反应堆堆芯的距离非常小，以保证超过10 $^{13}\barν$ /（s $\cdot$ cm $^2$）的高通量。对于实验，需要对中子引起的背景事件有很好的理解，因为中子反冲信号可以模拟预测的中微子相互作用。特别是与热发电相关的中子诱发事件是CONUS的麻烦。现场测量表明，存在一个热功率相关的，高度热化的中子场的注量率为（745 $\pm$ 30）厘米$^{-2}$ d $^{-1}$。这些由反应堆堆芯内的核裂变产生的中子，在它们到达CONUS屏蔽层的途中被减少了一个$\sim$ 10 $^{20}$的因子。用无屏蔽的高纯Ge探测器检测了$γ$ -射线本底，包括高热功率相关的$^{16}$ N衰变产物和中子俘获产生的$γ$ -谱线。使用测量的中子谱作为输入，它被证明，与蒙特卡罗模拟的帮助下，热功率相关的字段被成功地减轻安装CONUS屏蔽。假设实际电离猝灭因子为0.2，预期信号超过感兴趣区域中反应堆诱导的背景贡献至少一个数量级。
2019-12-31 nucl-ex physics.ins-det
The COHERENT Experiment at the Spallation Neutron Source
COHERENT合作的主要目标是使用橡树岭国家实验室（ORNL）的Spinning中子源（SNS）提供的独特，高质量的数十MeV中微子源来测量相干弹性中微子-核散射（CEvNS）。尽管它的截面很大，但CEvNS过程从未被观测到，这是由于标准中微子探测器无法探测到的微小的核反冲能量。由于稀有衰变和弱相互作用大质量粒子（暗物质）搜索的超灵敏技术的发展，CEvNS的测量现在已经变得可行。在标准模型中清楚地预测了CEvNS横截面;因此其测量提供了标准模型检验。它与超新星物理学和超新星中微子探测有关，并能够验证暗物质探测器背景和探测器响应模型。从长远来看，CEvNS的精确测量将解决原子核结构的问题。COHERENT将分阶段部署多种探测器技术：一个14公斤的CsI[Na]闪烁晶体，15公斤的p型点接触锗探测器，以及100公斤的液体氙在一个两相时间投影室。经过广泛的背景测量活动后，事实证明，SNS地下室的一个位置是中子安静的，适合部署COHERENT探测器套件。三个相干探测器子系统的同时部署将测试截面的$N^2$依赖性，并确保明确发现CEvNS。本文件简要介绍了相干物理学的动机，灵敏度和计划的测量在SNS将完成一个四年的时间表。
2016-04-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
