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
First measurement of surface nuclear recoil background for argon dark matter searches
直接寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的一个主要背景来自氡子体在探测器表面的沉积。最危险的表面背景是由$^{210}$ Po衰变产生的$^{206}$ Pb反冲。在这封信中，我们报告的第一个特点，这种背景下的液态氩。测量到低能Pb反冲的闪烁信号在氩气中是高度猝灭的，我们估计103 keV的$^{206}$ Pb反冲背景产生的闪烁信号与~ 5 keV（30 keV）电子反冲（$^{40}$ Ar反冲）的闪烁信号相等。此外，我们证明，这种危险的$^{210}$ Po表面背景可以抑制的一个因素~100或更高的脉冲形状歧视的方法，这可以使氩暗物质探测器附近的背景免费和提高他们的潜力，发现中等和高质量的WIMP。我们还讨论了对其他低本底实验的影响。
2016-09-22 physics.ins-det
Measurement of Low Energy Nuclear Recoil Events with the phonon-mediated Voltage-Assisted Hybrid Detector for Rare Event Searches
本文介绍了一种声子介导混合探测器，通过软件触发技术测量约500 eV_ee的低能核反冲事件，并将电子反冲背景降低95%，用于稀有事件搜索。
2024-11-11 physics.ins-det
Measurement of the Scintillation Efficiency of Na Recoils in NaI(Tl) down to 10 keV Nuclear Recoil Energy relevant to Dark Matter Searches
我们提出了初步的测量结果的钠反冲在碘化钠（铊）在室温下，在谢菲尔德大学的专用中子设施。测量已经进行了2.45 MeV的单能中子发生器的能量范围从10 keV到100 keV的核反冲能。使用BC501A液体闪烁体探测器对中子进行标记。从BC501A液体闪烁体探测器和中子飞行时间的脉冲形状歧视的削减进行记录的脉冲由一个数字化仪与2纳秒的采样时间。测得的淬火因子范围从19%到26%，与其他实验一致。从脉冲形状分析，从电子和核反冲脉冲的平均时间进行比较，下降到2千电子伏的电子等效能量。
2006-11-22 physics.ins-det
Micro-physics simulations of columnar recombination along nuclear recoil tracks in high-pressure Xe gas for directional dark matter searches
方向灵敏度是WIMP暗物质研究的一个重要方面。然而，在大的目标质量下使核反冲的方向可见是一个挑战。为了实现这一目标，我们正在探索一种新的方法，通过利用柱状复合来检测高压氦气中短核反冲轨道的方向，长度可达几微米。柱状复合根据径迹和电场方向之间的角度改变闪烁和电离产率。为了实现这一点，电子的有效冷却至关重要。为了增强这种效应，三甲基胺（TMA）是一种候选添加剂，它不仅能有效地冷却电子，而且能通过潘宁转移增加柱状复合的量。我们进行了详细的模拟电离电子输运产生的核反冲在一个N2O3 + TMA气体混合物，并评估了柱状重组信号的大小。结果表明，在某些理想情况下，可以获得的方向性信号的磁道长度超过几个微米。虽然仍需要更多的研究与现实的假设，以评估这种技术的可行性，这可能打开了一个新的可能性暗物质搜索。
2015-05-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
First reconstruction of absolute three-dimensional position of nuclear recoils using a negative ion $μ$-TPC for dark matter search experiments
使用负离子气体的微型时间投影室（NI $μ$ TPC）的研究专门针对方向敏感的暗物质搜索进行。NI $μ$ TPC能够测量自触发TPC在漂移方向上的绝对位置。本研究提供了一个NI $μ$ TPC的发展，使用微像素室（$μ$ -PIC）与专用的读出电子，和使用中子源的核反冲的三维绝对位置重建的能力的评估。在整个漂移体积中以70 $\pm$ 5%的效率重建绝对径迹位置。这项工作标志着NI $μ$ TPC朝着定向暗物质搜索的实际应用迈出了重要的一步。
2023-02-21 hep-ex physics.ins-det
Properties for liquid argon scintillation for dark matter searches
本文对5 ~ 250 keV能量的反冲氩离子在液氩中的闪烁产额进行了评价，以用于直接寻找暗物质。用Lindhard理论估计核猝灭。基于双激子扩散反应机制的理论模型进行电子（闪烁）淬灭。电子LET（线性能量转移）进行评估，并用于获得由于反冲Ar离子的初始轨道结构。结果进行了比较，从中子的核反冲的实验值。讨论了闪烁和电离在电场中的行为。带着辐射物理学和化学的笔记来搜索暗物质。
2019-03-14 physics.ins-det
Analysis of radiation damage in silicon charge-coupled devices used for dark matter searches
晶体探测器中的核反冲会产生晶体缺陷形式的辐射损伤，这些缺陷可以在科学级CCD中测量，因为器件中温度升高会刺激泄漏电流的局部热点。在这一过程中，我们使用中子源产生DAMIC-M CCD中的缺陷，并使用在不同温度下漏电流的增加，我们演示了一个程序，用于识别晶体缺陷的DAMIC-M实验的CCD。这是第一次对核反冲产生的单个缺陷进行研究。该技术可用于区分某些能量范围内的核反冲和电子反冲，这将提高CCD探测器寻找弱相互作用暗物质的能力。
2022-11-07 cond-mat.mtrl-sci hep-ex nucl-ex
Comparative Simulation of CEvNS Recoil Observables in Geant4 Using Germanium, Argon, and Xenon Targets
本研究基于Geant4模拟了锗、氩、氙靶的CEvNS反冲可观测量，实现了含Helm形状因子的模型，揭示了核质量对反冲能谱和形状因子抑制的影响，为相关研究提供模拟框架。
2025-10-17 hep-ex physics.ins-det
Feasibility Study to use Neutron Capture for an Ultra-low Energy Nuclear-recoil Calibration in Liquid Xenon
超低能量的核反冲测量在液体氙使用中子捕获的可行性进行了研究，为一个小的（亚千克）液体氙探测器，优化了高闪烁增益，和脉冲中子源。测量使用在中子俘获之后的去激发过程期间赋予氙核的反冲能量，其中迅速发射的$γ$级联可以由于动量守恒而为核提供高达$0.3$ keV $_\text{nr}$的反冲能量。一个成功的校准闪烁光子和电离电子产额低于这个能量将有助于更高的灵敏度液体氙实验中寻找轻WIMP。
2022-10-18 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
Neutron-gamma discrimination of CsI(Na) crystals for dark matter searches
本文研究了CsI（Na）晶体的发光特性。利用采样频率为5GS/s的TDS 3054 C示波器，我们发现核反冲信号主要是衰减时间约为20 ns的超快光脉冲，而γ射线信号的衰减时间约为600 ns。核反冲和γ射线信号的波长也不同。对n/γ分离的研究表明，当电子反冲能量大于20 keV时，抑制因子可达10-7数量级，信号效率大于80%。这样的性质使得CsI（Na）成为寻找暗物质的理想候选者。
2011-02-14 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Compact, directional neutron detectors capable of high-resolution nuclear recoil imaging
我们报告的设计，生产和性能紧凑的40厘米$^3$时间投影室（TPC），检测快中子的三维（3D）测量的电离分布的核反冲$^4$他：CO $_2$气体在大气压下。我们使用这些探测器来表征在日本筑波的SuperKEKB正负电子对撞机的Belle II探测器内的快中子通量，其中主要的设计约束是一个小的形状因子。我们发现，TPC满足或超过所有的设计规格，并能够测量的三维表面形状和电荷密度分布的电离云从核反冲和带电轨道在精致的细节。基于这里所展示的探测原理的按比例放大的探测器可能适用于定向暗物质搜索、相干中微子-核散射的测量以及其他需要精确探测中子或核反冲的实验。
2019-05-06 hep-ex physics.ins-det
Ultralow-Energy Measurements using the Startpoint of $β$ Decays
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
提出利用低温固态探测器测量β衰变起点，用于搜索keV-MeV重惰性中微子并校准核反冲响应，灵敏度超越现有约束。
2026-06-16 hep-ex physics.ins-det
A New Analysis Method for WIMP searches with Dual-Phase Liquid Xe TPCs
提出了一种新的基于物理观测量的WIMP暗物质研究数据分析方法。传统上，来自液体靶中散射的核反冲能量已经通过在相互作用顶点处产生的初始瞬发闪烁光（S1）来估计。电离电荷（C2）或其二次闪烁（S2）与Log（S2/S1）与S1中的一次闪烁相结合，仅作为电子反冲背景的鉴别参数。支持C2作为更可靠的核反冲能估计比S1的参数。Log（S1/C2）vs.C2的新相空间被引入作为对于核反冲接受更有效的相空间，并且表现出优越的能量分辨率。这是在不损害LIGHTTPC的鉴别能力，也不损害其3D事件重建和基准化能力的情况下实现的，就像只利用电离通道的分析一样。最后，提出了两个独立的能量估计器的概念，用于背景抑制：E2作为主要的（基于C2）和E1作为次要的（基于S1）。Log（E1/E2）与E2的关系被证明是评估WIMP信号候选者的最合适的相空间。
2012-06-22 astro-ph.IM physics.ins-det
Simultaneous measurement of the light and charge response of liquid xenon to low-energy nuclear recoils at multiple electric fields
双相液体氙（LXe）探测器引领了对粒子暗物质的直接搜索。了解Lion中核反冲的信号产生过程对于解释基于Lion的暗物质搜索至关重要。到目前为止，只有两个实验同时测量了不同电场下的光和电荷产额，这两个实验都没有试图评估导致光和电荷产生的过程。在这封信中，从液体氙的中子校准与同时光和电荷检测的结果，从3-74千电子伏的能量，在电场为0.19，0.49，和1.02千伏/厘米。没有观察到显着的字段依赖性的产量。
2018-11-05 hep-ex physics.ins-det
Low energy recoil detection with a spherical proportional counter
我们提出了低能量反冲探测结果在千电子伏的能量区域，从测量进行的球形正比计数器（SPC）。使用${}^{241}Am-{}^{9}{Be}$快中子源以获得探测器的气体体积内的中子-核弹性散射事件。通过观察${}^{55}Fe$ X射线源的$5.9\ keV$线，解决了探测器在$keV$能量区域的性能，能量分辨率为$9\%$（$σ$）。工具包GEANT 4用于模拟探测器受${}^{241}Am-{}^{9}{Be}$源的辐照，而SRIM用于计算电离猝灭因子（IQF）。GEANT 4模拟的能量沉积谱以及SRIM计算的淬灭因子为实验结果提供了有价值的见解。SPC在低能量反冲探测中的性能使得该探测器成为广泛应用的良好候选者，包括超新星或反应堆中微子探测和暗物质（WIMP）搜索（通过相干弹性散射）。
2017-09-19 hep-ex physics.ins-det
Scintillation and Ionization Responses of Liquid Xenon to Low Energy Electronic and Nuclear Recoils at Drift Fields from 236 V/cm to 3.93 kV/cm
本文报道了在236 V/cm ~ 3.93 kV/cm的不同漂移场下，利用具有高能量和位置分辨率的三维灵敏液氙时间投影室，对低能电子（约3--7 keV $_{ee}$）和核反冲（约8--20 keV $_{nr}$）在液氙中的闪烁和电离产额的新测量结果。我们测量的信号响应核反冲同意从NEST模型的预测。然而，我们测量的电子反冲电离（闪烁）产额始终高于（低于）从NEST模型约5 e $^-$ /keV $_{ee}$（ph/keV $_{ee}$）在所有扫描的漂移场。新的复合参数的基础上的Mesquas-Imel盒模型来自我们的数据。由于以前缺乏对液态氙中低能电子反冲的闪烁和电离产额的精确测量，我们的新测量提供了迄今为止最好的可用数据，覆盖了与暗物质搜索相关的液态氙探测器在不同漂移场的低能区。
2015-07-14 hep-ex physics.ins-det
Observation of the Dependence of Scintillation from Nuclear Recoils in Liquid Argon on Drift Field
我们用美国Notre Dame结构与核天体物理研究所生产的低能脉冲窄带中子束辐照双相液氩时间投影室（LAr-TPC），研究了LAr-TPC中反冲核的闪烁光产额。布置液体闪烁计数器以检测和识别LAr-TPC靶中散射的中子并选择反冲核的能量。本文报道了11 keV核反冲产生的液氩闪烁对漂移场的显著依赖性。这一观察结果很重要，因为迄今为止，对稀有液体TPC暗物质搜索灵敏度的估计是基于这样一个假设，即电场对核反冲的光产额只有很小的影响。
2013-12-16 hep-ex physics.ins-det
Response of undoped cryogenic CsI to low-energy nuclear recoils
纯CsI在液氮温度下的明亮闪烁使这种材料成为一种有前途的暗物质和中微子探测器。本文首次测量了它对核反冲的猝灭因子。我们的研究结果表明，这是难以区分的钠掺杂碘化铯在室温下。额外的属性，如光产额，余辉，闪烁衰减性能的电子和核反冲，和能量的比例性进行了研究，在\mbox{108-165 K}的温度范围内，确认了巨大的潜力，这种介质的稀有事件搜索。
2021-01-09 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
A Prototype Neutron Veto for Dark Matter Detectors
对于直接的WIMP暗物质搜索来说，中子是一个特别危险的背景;它们与目标核的核反冲通常与WIMP-核碰撞产生的核反冲难以区分。在这项研究中，我们探讨了液体闪烁体中子否决探测器的概念，它将允许直接暗物质探测器以大于99%的效率潜在地拒绝中子。在这里，我们概述了一个小型原型探测器的建设和测试，以及这种技术对未来暗物质探测器的潜在影响。
2015-12-24 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
Measurements of low-energy nuclear recoil quenching factors for Na and I recoils in the NaI(Tl) scintillator
本研究通过改进NaI(Tl)晶体封装提升光产额，实现了更低能量钠核反冲淬灭因子的测量，并重评了既往结果，为暗物质与中微子相关研究提供关键参数支持。
2024-07-09 hep-ex physics.ins-det
A method to measure the quenching factor for recoil energy of oxygen in bismuth germanium oxide scintillators
针对暗物质和中微子核散射等稀有事件探测需求，本文分析中子与BGO晶体中氧的弹性散射事件，并利用单能中子源测量氧反冲能量猝灭因子随反冲能量的变化。
2023-04-26 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
A 1 m$^3$ Gas Time Projection Chamber with Optical Readout for Directional Dark Matter Searches: the CYGNO Experiment
CYGNO项目的目标是建造和运行1~m $^3$气体TPC，用于定向暗物质搜索和相干中微子散射测量，作为100-1000~m $^3$（0.15-1.5吨）CYGNUS地下实验网络的原型。在这样的TPC中，由暗物质或中微子引起的核反冲产生的电子将漂移到三层GEM结构并被其倍增，雪崩过程中产生的光将由sCMOS相机读出，提供分辨率为几百微米的事件的2D图像。光电倍增管还可以同时快速读出光产生的时间分布，给出关于第三坐标的信息，因此可以对事件进行3D重建，从中可以推断出核反冲的方向以及入射粒子的方向。事件拓扑结构的这种详细重建还将允许纯且有效的信号与背景区分。这两个特征是达到和克服太阳中微子背景的关键，太阳中微子背景将最终限制无方向性的暗物质搜索。
2020-01-08 hep-ex physics.ins-det
First results on light readout from the 1-ton ArDM liquid argon detector for dark matter searches
ArDM-1 t是下一代WIMP探测器的原型，它可以测量1吨液态氩靶中的闪烁光和核反冲电离电荷。我们的目标是达到最小反冲能量为30.keVr，以检测反冲核。在本文中，我们描述了实验的概念和目前的光探测系统的结果，在欧洲核子研究中心的表面上第一次在ArDM测试。对于初步的和不完整的一组PMT，发现在零电场下的光产额在0.3-0.5 phe/keVee之间，这取决于检测器体积内的位置，证实了我们基于较小检测器设置的预期。
2010-10-27 physics.ins-det
Detection and Calibration of Low-Energy Nuclear Recoils for Dark Matter and Neutrino Scattering Experiments
本文综述暗物质与中微子散射实验中低能核反冲的探测及校准方法，总结关键实验因素、本底偏差缓解策略与结果呈现方式，展望未来挑战与物理机遇。
2023-11-03 physics.ins-det
Refining the sensitivity of new physics searches with ancient minerals
本文利用TRIM模拟改进古矿物探测中径迹长度建模，修正了以往对弱相互作用粒子径迹数的高估，并给出WIMP及CEνNS相互作用的预期灵敏度。
2025-04-11 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Charge Amplification in Sub-atmospheric CF4:He Mixtures for Directional Dark Matter Searches
本文实验研究在低压 CF4 中添加 He 对单个 ThGEM 气体增益和能量分辨率的影响，以验证该混合气体用于方向性暗物质搜寻的可行性。
2024-02-23 physics.ins-det
Athermal Phonon Sensors in Searches for Light Dark Matter
近年来，对暗物质（DM）候选者的理论和实验兴趣已经从主要的弱相互作用大质量粒子（WIMP）转移到一整套候选者，其质量从zeV尺度到PeV尺度到30个太阳质量。一个特别的最近发展是寻找轻暗物质（LDM），它通常被定义为质量在keV到GeV范围内的候选者。在寻找LDM时，需要eV级和低于检测器阈值的探测器来探测反冲中赋予原子核的少量动能。可以应用于LDM搜索的一种这样的检测器技术是过渡边缘传感器（TES）。这些传感器在低温下工作，可以达到所需的阈值，这取决于设计的优化。在这篇论文中，我将动机的证据DM和各种DM候选人以外的WIMP。然后，我将详细介绍TES表征的基础知识，将这些概念扩展并应用于基于非热声子传感器的低温光电探测器（CPD），并使用该探测器在表面进行LDM搜索。由此产生的排斥分析提供了最严格的限制DM-核子散射截面（比较当代搜索）的低温探测器的质量从93至140兆电子伏，显示在未来的LDM搜索的非热声子传感器的承诺。此外，在这个LDM搜索中观察到未知的过量背景信号，为此，我排除了各种可能的来源，并激发应力相关的微裂缝作为一个有趣的解释。最后，我将很快讨论未来的LDM的各种检测渠道以外的核反冲搜索的前景。
2023-01-20 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
A study of the NaI(Tl) detector response to low energy nuclear recoils and a measurement of the quenching factor in NaI(Tl)
我们分析了NaI（Tl）对低能核反冲的响应。这种探测器最近被用来寻找暗物质以弱相互作用大质量粒子（WIMP）形式存在的证据。了解这些探测器对低能核反冲的响应在这些搜索中至关重要。我们已经测量了核反冲和相关的淬火因子（QF）钠反冲的能量范围为8 keV - 48 keV。结果的特点是在QF作为反冲能量的减少减少。测量值明显低于DAMA报告的值，但与最近的测量结果相似。我们介绍了我们的实验的细节，包括中子束校准，屏蔽优化，和实验设计和设置。DAMA/LIBRA组合调制信号与新的QF值一起使用，以说明这些NaI（Tl）探测器的这种改进表征导致的暗物质解释的变化。
2017-06-22 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
Liquid Scintillator Response to Proton Recoils in the 10-100 keV Range
我们研究了EJ-301液体闪烁体对单色244.6 $\pm$ 8.4 keV中子的响应，目标是10-100 keV质子反冲能量区间。对于该有机闪烁体或任何其他有机闪烁体，在该范围内的质子光产额存在有限的实验信息。我们的研究结果证实了适当的修改后的Birks模型，常见的所有有机闪烁体配方，预测显着增加猝灭因子质子能量接近几千电子伏制度。提到了这种行为在寻找低质量粒子暗物质的背景下的相关性。
2018-05-08 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
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
Direct measurement of the ionization quenching factor of nuclear recoils in germanium in the keV energy range
本文报道了在$_{nr}$能量为0.4 ~ 6.3keV范围内，锗的电离猝灭因子的测量。在这个能量范围内精确了解这一因素与用锗基探测器进行的相干弹性中微子-核散射和低质量暗物质搜索有关。用单能中子束辐照高纯锗靶，在很低的能量阈值下产生核反冲。通过与周围基于液体闪烁体的中子探测器的运动学约束符合直接测量电离猝灭因子的能量依赖性。详细讨论了测量的系统不确定度。在[0.4，6.3] keV $_{nr}$能量范围内，测量的猝灭因子在0.16和0.23之间，数据与Lindhard理论兼容，参数$k$为0.162 $\pm$ 0.004（stat+sys）。
2022-09-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Lindhard integral equation with binding energy applied to light and charge yields of nuclear recoils in noble liquid detectors
本文提出了一个基于结合能Lindhard积分方程的低能核反冲电离效率或淬灭因子的模型，并将其应用于惰性液体探测器中核反冲的相对闪烁效率和电荷产额的计算。猝灭模型结合了恒定的平均结合能以及与离子速度成比例的电子阻止本领，并且是分析电荷重组过程以预测电离和闪烁产率的重要输入。我们的研究结果与NEST模拟的Leptin和LAr，并与现有的数据很好地吻合。这些研究与当前和未来使用稀有液体作为中微子物理靶的实验以及直接寻找暗物质有关。
2023-03-23 physics.ins-det
Application of Time Projection Chambers with GEMs and Pixels to WIMP Searches and Fast Neutron Detection
本文介绍了在充气时间投影室中利用核反冲探测中性粒子的工作。我们采用气体电子倍增器（GEM）来放大信号和硅像素电子检测雪崩电荷。这些技术允许以低噪声、改进的位置和时间分辨率以及高效率来检测目标气体中的电离。我们回顾了前几年获得的实验结果，并报告正在进行的模拟研究和建设的第一个原型在夏威夷大学。我们还提出了使用这样的探测器进行方向敏感的搜索的WIMP暗物质和快中子从裂变材料的前景。
2012-06-11 hep-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
Development of Bubble Chambers With Enhanced Stability and Sensitivity to Low-Energy Nuclear Recoils
考虑了使用泡室进行稀有事件搜索，特别是用于探测暗物质粒子候选者的可行性。技术导致的非均匀的成核中心和随后的增强稳定性，在这样的检测器的失活进行了描述。原型试验的结果表明，在对最小电离背景几乎完全不敏感的条件下，可以获得对低能核反冲的敏感性，就像弱相互作用大质量粒子所预期的那样。了解过热重制冷剂对这些反冲的响应，证明在现有的理论模型的背景下。我们评论的前景，超对称暗物质粒子的探测与一个大的$CF_{3}I$室。
2005-03-17 astro-ph hep-ex nucl-ex
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
Identification of low energy nuclear recoils in a gas TPC with optical readout
寻找一种新的技术，能够检测和重建的核反冲事件在keV的能量范围内已经变得越来越重要，只要大面积的大质量WIMP类暗物质候选人已被排除在外。具有光学读出的气体时间投影室（TPC）将TPC技术提供的完整事件信息与上一代科学光传感器的高灵敏度和粒度相结合，是非常有前途的候选者。在Frascati国家实验室测试了用气体电子倍增器（GEM）获得的阳极放大TPC。来自放射源的光子和中子被用来诱导反冲原子核和电子，其动能在[1-100] keV范围内。在大气压下使用He-CF 4（60/40）气体混合物，并且通过高位置分辨率和低噪声的科学CMOS相机和光电倍增管获取GEM通道中倍增期间产生的光。本文提出了一种基于改进聚类技术的多阶段模式识别算法。一些集群的形状可观的是用来识别核反冲中子起源于AmBe源对X射线55 Fe光电子。对能量约为6 keV的核反冲的探测效率达到18%，同时获得96%的~（55）Fe光电子抑制。这使得这种光学读出气体TPC作为定向直接暗物质搜索的超稀有事件的未来调查非常有希望的候选者。
2021-10-27 hep-ex 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
Average Energy Expended Per e-h Pair and Energy Scale Function for Germanium-Based Dark Matter Experiments
本文报道了锗探测器中电子-空穴对平均能量消耗随温度变化的新结果，即$\varepsilon$。对于给定的能量沉积，应用电离中的能量分配机制，可以分别确定Fano因子和$\varepsilon$值。随后，我们说明了$\varepsilon$的变化作为温度的函数。评估了$\varepsilon$对锗探测器在给定温度下的能量阈值和能量标度的影响。我们证明了锗探测器在直接探测暗物质粒子时低能反冲的绝对能量标度函数。
2016-12-30 hep-ex physics.ins-det
New Projections for Dark Matter Searches with Paleo-Detectors
古探测器是一种寻找暗物质的实验技术。古探测器利用地球上深埋地下（$\gtrsim 5$ km）的天然岩石的小样本，积累来自$\mathcal{O}(1)$ Gyr的反冲核的核损伤轨迹，而不是操作吨级实时探测器来搜索DM引起的核反冲的传统方法。现代显微技术保证了在宏观样品中读出纳米分辨率的核损伤径迹的能力。由于它们的$\mathcal{O}(1)$陀螺积分时间，古探测器可以构成具有keV反冲能量阈值和100千吨-年暴露量的核反冲探测器。这种组合将允许古探测器探测低于常规直接探测实验的现有上限的DM-核子截面数量级。在这篇文章中，我们使用改进的背景建模和一种新的光谱分析技术，以更新的灵敏度预测古探测器。我们证明了灵敏度预测的鲁棒性（缺乏）辅助测量的样品的年龄和参数控制的背景，系统的背景的光谱形状的错误建模，和矿物样品的放射性纯度。具体来说，我们证明，即使在古探测器样品中的铀浓度是$10^{-8}$（每重量），许多数量级大于我们预期的最放射性纯的样品从超基性岩或海洋蒸发岩矿床，古探测器仍然可以探测DM-核子截面低于当前的限制。对于DM质量为$\lesssim 10$ GeV/ $c^2$的情况，在基于Xe的直接探测实验中，古探测器的灵敏度仍然可以一直达到传统的中微子底。
2021-06-11 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
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
Dark Matter Searches with Levitated Sensors
本文探讨利用大质量悬浮光机械系统探测暗物质，提出通过光谱分析、互相关增强方向效应及量子叠加态测量稀有事件等方法。
2024-01-31 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Nuclear Recoil Identification in a Scientific Charge-Coupled Device
本文提出利用电离事件与晶格缺陷的空间关联逐事例识别CCD中的核反冲，并通过中子源和γ源实验验证了该方法在宽能量范围内的高效识别能力，可有效抑制电子反冲本底。
2024-08-12 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Deep learning for improved keV-scale recoil identification in high resolution gas time projection chambers
具有方向灵敏度的气体时间投影室（TPC）是暗物质（DM）研究的一个热点。能够重建3D核反冲方向的探测器将对预测的DM反冲的偶极角分布非常敏感，这将明确地建立所声称的DM信号的银河系起源，并提供对太阳中微子背景反冲的强大区分。然而，只有当伽马射线的电子反冲背景能够被充分抑制时，这些优点才能被利用。我们引入了一个基于深度学习的反冲事件分类器，它使用3D卷积神经网络（3DCNN）来识别基于反冲图像的事件种类。我们将3DCNN的电子背景抑制性能与传统的轨道长度判别式以及从最先进的浅层学习方法获得的判别式进行了比较。我们使用反冲电荷分布训练3DCNN分类器，其中电离能范围为0.5-10.5 $\rm keV_{ee}$，在$\rm He$：$\rm CF_4$：$\rm CHF_3$的80：10：10混合物中漂移25 cm。当确定轨道长度和浅学习判别式时，电荷最初被分段到$(100\times 100\times 100)$ $\rmμm^3$仓中，但是对于3DCNN，利用约$(850\times 850\times 850)$ $\rmμm^3$的减少的分段来重新分仓。尽管courser binning相比，使用轨道长度，我们发现，分类事件与3DCNN减少电子背景的一个因素高达1,000，并有效地降低了我们的模拟TPC的能量阈值$30\%$的氟反冲和$50\%$的氦反冲。我们还发现，与浅层…
2022-06-22 physics.ins-det
A buffer-free concept bubble chamber for PICO dark matter searches
在本文中，我们报告的成功运作在德雷克塞尔大学的PICO合作的第一个C $_3$ F $_8$无缓冲原型氟碳化合物泡室。之前的PICO泡室使用氟碳靶流体产生了世界领先的WIMP搜索结果，通过水缓冲层与钢波纹管隔开。罐壁和液-液界面处的表面张力效应导致一类具有核反冲样声学特征的背景事件，从而污染分析中的WIMP样信号区域。因此，新的泡室将被构造为“正面朝上”，这意味着C $_3$ F $_8$的罐在波纹管上方，内部容器内没有水。Drexel泡室（DBC）在PICO用于WIMP搜索的核反冲阈值及以下成功运行，包括低至1.19 keV的阈值。我们已经证明了对$^{137}$ Cs γ和来自$^{244}$ Cm的自发裂变中子的敏感性，并且尽管所观察到的α衰变率非常低，但声学α辨别被证明是可能的。来自立体成像的位置重建允许用于校准数据的基本分析切割。该原型的成功建造和运行证实了右侧向上设计的有效性，该设计将用于未来的暗物质搜索，如PICO-40 L和PICO-500。
2019-07-28 physics.ins-det
Nucleation efficiency of nuclear recoils in bubble chambers
使用液体氙（和液体氩）的泡室已经被操作（分别是计划）由闪烁泡室（SBC）合作的GeV级暗物质搜索和CE $ν$ NS从反应堆。这将需要一个强大的校准程序的低能量核反冲在这些目标介质的成核效率。PICO合作已经开展了这样的计划，旨在使用$\mathrm{C_3 F_8}$泡室直接探测暗物质。收集和分析了单能中子束和Am-Be源的中子刻度数据，在$2.45$和$3.29\,\mathrm{keV}$的热力学阈值下，得到了碳和氟反冲核效率通用模型的全局拟合。将多维模型拟合到数据（$34$自由参数）是一项重要的计算挑战，将使用自定义马尔可夫链蒙特卡罗方法进行解决。参数MC研究进行验证这种方法进行了讨论。为PICO校准证明的拟合范例将应用于现有和未来的气泡室泡室校准数据。
2021-11-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Directional recoil detection
对暗物质引起的反冲的研究在过去几年里取得了令人印象深刻的进展。然而，该领域面临着几个突出的问题。首先，太阳中微子不可避免的背景将很快抑制许多暗物质模型的结论性鉴定。第二，也是更根本的一点，目前的实验没有实际的方法来确认探测到的信号的星系起源。定向探测的概念解决了这两个问题，同时提供了研究新的暗物质和中微子相关物理的机会。这个概念在实验上仍然具有挑战性，但气体时间投影室是一个越来越有吸引力的选择，并且当适当配置时，将允许对核反冲和电子反冲进行定向测量。在这篇综述中，我们重新评估所需的探测器性能和调查相关技术。幸运的是，实现良好方向性所需的高度分段的检测器也能够实现几种基本和应用物理测量。我们评论近期的挑战以及如何推进该领域。
2021-06-22 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Study of nuclear recoils in liquid argon with monoenergetic neutrons
为了发展液态氩暗物质探测器，我们在实验室里组装了一个装置，将中子散射到一个小的液态氩靶上。中子通过氘等离子体中的核聚变以单能量（E_kin=2.45 MeV）产生，并被准直到以单相模式（零电场）操作的3”液氩池上。有机液体稀释器用于标记散射中子并提供飞行时间测量。该装置的设计是为了研究光脉冲的形状和闪烁产额从核和电子反冲，以及从α粒子在工作点有关的暗物质搜索。液氩提供了可能性，以审查闪烁收益在贵液体相对于人口的两个基本准分子状态。在这里，我们介绍了此类研究的实验方法和最近数据的初步结果。
2012-03-05 astro-ph.IM 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
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
