First measurement of the ionization yield of nuclear recoils in liquid argon
这封信详细介绍了6.7 keV $^{40}Ar$原子在液氩探测器中停止的电离产额($Q_y$)的测量。在240- 2130 V/cm的电场范围内,探测到的$e^{-}/\mbox{keV}$的$Q_y$为3.6-6.3,这对于使用这种探测器介质来寻找来自假设的暗物质粒子相互作用和来自相干弹性中微子核散射的信号是令人鼓舞的。观察到一个显着的依赖$Q_y$上施加的电场的离子复合的上下文中解释。
2014-05-01 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Calibration Plan for the SBC 10-kg Liquid Argon Detector with 100 eV Target Threshold
University of Alberta(阿尔伯塔大学);University of California Riverside(加州大学河滨分校);University of California Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校);Drexel University(德雷塞尔大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);Indiana University South Bend(南本德印第安纳大学);Northeastern Illinois University(伊利诺伊东北大学);Northwestern University(西北大学);Queen's University(女王大学);SNOLAB(斯诺实验室)
SBC 10公斤液氩探测器通过核汤姆逊散射和热中子捕获技术实现100eV目标阈值的校准,用于暗物质和中微子实验。
2025-12-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Technique for Surface Background Rejection in Liquid Argon Dark Matter Detectors using Layered Wavelength-Shifting and Scintillating Thin Films
本文提出了一种在液氩探测器中利用分层波长移动、反射和非反射膜实现表面$α$事件与低能核反冲的鉴别技术。大于$10^{8}$的鉴别能力,类似于氩气中电子反冲的鉴别能力,可以通过在波长移动器涂覆的表面上添加具有适当慢的衰减时间(大约300 ns或更长)的50微米闪烁体层来实现。该技术将允许在一个非常大的下一代氩暗物质实验(具有数百平方米的表面积)中抑制表面$α$事件,而不需要位置重建,从而允许在暗物质搜索中利用更多的仪器质量。该技术也可用于抑制低能核反冲的紧凑型氩探测器中的表面背景,例如在相干中微子-核散射的测量或中子通量的灵敏测量中。
2020-07-05 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Germanium response to sub-keV nuclear recoils: a multipronged experimental characterization
锗是许多寻找由暗物质粒子或中微子引起的低能核反冲的稀有事件搜索的首选探测器材料。我们进行了系统的探索,其淬火因子的子千电子伏核反冲,使用多种技术:光中子源,反冲伽马发射热中子捕获后,和一个单色过滤的中子束。我们的研究结果表明,在这个大多未被探索的能量范围内,Lindhard模型的预测有明显的偏差。我们评论我们的数据与低能量过程,如Migdal效应的兼容性,以及我们的测量对即将到来的搜索的影响。
2021-02-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
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
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
$\texttt{nrCascadeSim}$ -- 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
Design and Characterization of a Neutron Calibration Facility for the Study of sub-keV Nuclear Recoils
作为实验工作的一部分,以证明在大质量检测器的超低能量反冲预期从相干中微子核弹性散射的灵敏度,我们已经设计并建立了一个高度单色的24千电子伏的中子束在堪萨斯州立大学的三角马克-II反应堆。选择的束流特性,以模拟软反冲能量预期从反应堆反中微子在各种目标,允许了解专用探测器技术的响应,在这个尚未开发的子千电子伏反冲范围。的光束特性(强度,单色性,污染,光束轮廓)的完整表征,连同第一次测试的校准设置使用质子反冲在有机闪烁体。
2007-01-06 astro-ph nucl-ex physics.ins-det
Scintillation response of cryogenic CsI to few-keV and sub-keV nuclear recoils
University of Chicago(芝加哥大学);Donostia International Physics Center (DIPC)(多诺西亚国际物理中心);Ikerbasque, Basque Foundation for Science(伊克尔巴斯基克,巴斯克科学基金会);Instituto de Física Corpuscular, CSIC & Universitat de València(粒子物理研究所,西班牙国家科学研究委员会与瓦伦西亚大学)
本研究通过低温铯碘化物探测亚keV核 recoil ,并揭示其淬灭因子特性,为中微子和暗物质实验提供关键数据。
2026-09-14 hep-ex hep-ph nucl-ex
Comments on "Direct measurement of the ionization quenching factor of nuclear recoils in germanium in the keV energy range"
我们研究了最近测量的淬灭因子(QF)在锗在80 K,注意到一些不一致,能够影响声称的协议与Lindhard的离子停止形式主义在亚千电子伏的核反冲能量制度。也就是说,能量标度中被低估的不确定性和该标度中大的仪器非线性的缺失校正能够严重扭曲低能量下的QF行为,有利于降低值。讨论扩大到检查QF模型选择的影响,中微子的电磁性质的研究,使用CE $ν$ NS数据,支持在3.5 $σ$水平的非零电荷。
2022-03-08 hep-ex hep-ph nucl-ex
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
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
Scintillation yield and time dependence from electronic and nuclear recoils in liquid neon
我们已经进行了液体氖闪烁光的测量,观察我们的检测器高达(3.5 $\pm$ 0.4)光电子/千电子伏的信号产量。我们测量脉冲形状之间的歧视效率电子和核反冲液体氖从50和300千电子伏的核反冲能量。我们还测量了\leff,参数在液体氖之间的30和370 keV的核反冲能量,观察到平均\leff $=0.24$高于50 keV。我们观察到的闪烁时间分布和信号产率的液体氖的压力和温度的依赖性。
2012-08-13 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Neutron capture-induced silicon nuclear recoils for dark matter and CE$ν$NS
针对暗物质探测与CE$ν$NS研究对低能核反冲本底及校准的需求,本文计算并给出了硅材料中子俘获后瞬发核反冲的能谱。
2023-04-26 hep-ex nucl-ex
Measurement of 1323 and 1487 keV resonances in 15N(α, γ)19F with the recoil separator ERNA
氟的起源是一个广泛争论的问题。尽管如此,^{15}N(α,γ)^{19}F反应是迄今为止提出的各种产生通道中的一个共同特征。它在相关温度下的反应速率由若干窄共振连同DC分量以及在E_{c.m.} = 1323和1487 keV处的两个宽共振的尾部决定。利用欧洲核子天体物理学反冲分离器(ERNA)直接探测19 F反冲离子进行测量。反应是由15 N的光束撞击到4 He无窗气体靶上引发的。在EC. m. = 1323和1487 keV用于确定它们在α和γ通道中的宽度。我们用反冲分离器ERNA成功地测量了^{15}N(α,γ)^{19}F反应的截面,并确定了两个宽共振的宽度Γ_γ和Γ_α。1487 keV共振宽度的测量结果与先前的测量结果基本一致,而1323 keV共振宽度的测量结果与先前的测量结果有显著差异。在本工作中提出的15 N(α,γ)19 F反应中两个更相关的宽共振的宽度的修正是朝着更可靠地确定反应速率迈出的第一步。目前,在^{19}F恒星核合成温度下的剩余不确定性主要是影响直接捕获分量和364 keV窄共振的不确定性,到目前为止,这两种不确定性都是通过间接实验研究的。
2017-04-10 nucl-ex
A Review of Basic Energy Reconstruction Techniques in Liquid Xenon and Argon Detectors for Dark Matter and Neutrino Physics Using NEST
基于稀有元素的探测器,特别是液态氙和液态氩,作为单相和双相类型,需要重建相互作用粒子的能量,无论是在直接探测暗物质(弱相互作用大质量粒子或WIMP,轴子等)的领域。和中微子物理学。在过去的几十年里,实验主义者以及重新分析/重新解释实验数据的理论家使用了一些不同的技术。在本文中,我们审查技术的基础上,单独的主要闪烁通道,电离或二级通道可在非零漂移电场,和组合技术,包括一个简单的线性组合和加权平均值,简要讨论的应用程序的配置文件的可能性,极大似然,和机器学习。电子反冲的比较结果(β和γ相互作用)和核反冲(主要来自中子)从贵元素模拟技术(NEST)模拟可用的数据,我们确认,结合所有可用的信息产生更高的精度手段,较低的宽度(能量分辨率)和更对称的形状(近似高斯),特别是在keV级能量下,当阈值处理时对称性甚至更大。在阈值附近,向上波动的偏差很重要。对于MeV-GeV尺度,如果仅使用一个通道,则仅基于电离的能量尺度优于闪烁;通道组合仍然是有益的。我们在这里讨论主要的合作使用。
2021-03-21 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Nuclear Recoil Measurement in CsI(Tl) Crystal for Cold Dark Matter Detection
最近人们对用于暗物质实验的CsI(Tl)晶体感兴趣。利用13 MV串列加速器产生的中子束研究了CsI(Tl)探测器上中子的散射特征。测量了7 - 132 keV的核反冲能谱,并导出了它们的光产额猝灭因子。这些数据首次证实了光学模型对中子弹性散射的预测,并直接测量了重核的核反冲。本文研究了区分核反冲和$γ$背景的脉冲波形鉴别技术。在不同的光产额测量方法中获得了内部光通量。提出了用CsI(Tl)晶体进行冷暗物质探测的计划能力。
2002-01-15 nucl-ex
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
Scintillation of Liquid Helium for Low-Energy Nuclear Recoils
本文讨论了液氦在低能氦原子反冲作用下的闪烁特性,并讨论了液氦作为暗物质探测器的可能性。据发现,在反冲能量从几keV到100 keV的范围内的瞬发闪烁产额是略高于通过线性外推所获得的测量产额为5 MeV的α粒子。比较了核反冲和停在氦中的电子的闪烁产额和由电场引起的电荷分离。
2013-08-18 astro-ph.IM nucl-ex
Development of a $^{83\mathrm{m}}$Kr source for the calibration of the CENNS-10 Liquid Argon Detector
我们报告的准备和校准测量与$^{83\mathrm{m}}$氪源的CENNS-10液氩探测器。在$^{83}$ Rb源的衰变中产生的$^{83\mathrm{m}}$ Kr原子通过注入Ar循环回路被引入到检测器中。然后观察到探测器体积中$^{83\mathrm{m}}$ Kr衰变中9.4 keV和32.1 keV转换电子产生的闪烁光。该校准源可以表征CENNS-10探测器的低能响应,并适用于其他低能阈值探测器。在总$^{83\mathrm{m}}$ Kr衰变能量为41.5 keV时,探测器的能量分辨率测量为9 $\%$。我们进行了分析,以分别使用9.4 keV和32.1 keV的两个转换电子来校准检测器
2021-01-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Trace isotopes set the neutron horizon of liquid argon
Gulf University for Science and Technology(海湾科学技术大学)
研究通过痕量同位素效应设定液氩的中子视界,发现氩-36/38主导阻光,并基于数据修正评估,影响DUNE探测器俘获位置而非总量。
2026-09-30 hep-ex nucl-ex physics.comp-ph
Scintillation efficiency of nuclear recoils in a CaF-2(Eu) crystal for dark matter search
在与暗物质搜寻有关的能区测量了CaF-2(Eu)晶体中反冲的氟和钙核的闪烁效率(猝灭因子)。反冲核通过19-F(n,n ')和40-Ca(n,n')反应获得,其中中子束通过d(d,n)3-He反应提供。在反冲能量为53 ~ 192 keV和25 ~ 91 keV时,CaF-2(Eu)晶体中F核和Ca核的猝灭因子分别为11 ~ 20%和9 ~ 23%,并观察到了能量依赖性。我们在这里测量的猝灭因子比以前的研究稍大,这可能取决于晶体的Eu掺杂浓度。
2001-07-03 nucl-ex
Measurement of the low-energy quenching factor in germanium using an $^{88}$Y/Be photoneutron source
我们采用$^{88}$ Y/Be光中子源来推导锗中中子感生核反冲的淬灭因子,探测从几百eV $_{nr}$到8.5keV $_{nr}$的反冲能量。一个全面的蒙特卡罗模拟我们的设置相比,实验数据采用Lindhard模型与自由电子能量损失$k$和亚千电子伏$_{nr}$核反冲的绝热修正。最好的拟合$k=0.179\pm 0.001$得到使用Monte Carlo马尔可夫链(MCMC)系综采样器是在良好的协议与以前的测量,确认Lindhard模型描述的几keV的离子在锗晶体中的停止在温度为$\sim$ 77 K的充分性。$k$的该值对应于分别在0.3 keV $_{nr}$和8.5 keV $_{nr}$之间的核反冲能量的13.7%至25.3%的淬灭因子。
2016-08-11 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Performance of a liquid nitrogen cryostat setup for the study of nuclear recoils in undoped CsI crystals
为研究低温下未掺杂CsI晶体对核反冲的响应,研发了一套减少高Z材料的液氮低温恒温器,在TUNL实现了低能区高光产额测量,还解决了光脉冲负过冲问题,为后续核淬灭因子测量提供了装置基础。
2023-07-24 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Quenching Factor for Low Energy Nuclear Recoils in a Plastic Scintillator
塑料蒸发器广泛应用于工业、医学和科学研究,包括核物理和粒子物理。虽然它们最常见的应用之一是中子探测,但关于它们对低能核反冲反应的实验数据却很少。在这里,相对闪烁效率中子引起的核反冲在聚苯乙烯基塑料闪烁体(UPS-923 A),探索反冲能量在125 keV和850 keV之间。蒙特卡罗模拟,结合光收集效率和能量分辨率的影响,被用来生成中子散射光谱,所述中子散射光谱与观察到的闪烁信号的分布相匹配,以参数化能量依赖的猝灭因子。在能量高于300 keV时,可以使用伯克斯的半经验公式合理地描述这种依赖关系,并确定kB因子为(0.014+/-0.002)g/MeVcm ^2。在该能量以下,测量的猝灭因子比Birks形式主义预测的更陡地下降。
2011-11-09 astro-ph.IM nucl-ex
Measurement of Ionization Produced by 254 eVnr Nuclear Recoils in Germanium
本研究重新测量了锗中 254 eVnr 核反冲产生的电离,发现其电离产额和猝灭因子显著高于 Lindhard 模型预测值,此电离增强有望大幅提升高纯锗探测器在暗物质和中微子探测中的灵敏度。
2024-09-23 nucl-ex physics.ins-det
A Model of Nuclear Recoil Scintillation Efficiency in Noble Liquids
低能核反冲在惰性液体中的闪烁效率对于解释弱相互作用大质量粒子(WIMP)暗物质的直接搜索结果起着至关重要的作用。然而,目前尚不清楚稀有液体中闪烁效率相对于电子反冲降低的原因。我们将这种闪烁效率的降低归因于两个主要机制:1)能量损失和2)闪烁猝灭。前者通常由Lindhard理论描述,后者由Birk饱和定律描述。我们建议结合这两个解释所观察到的减少闪烁产额的核反冲在惰性液体。利用已有的实验数据,计算了氩、氖、氙的Birk常数$kB$,并预测了惰性液体闪烁体对低能核反冲和低能电子的响应。我们发现,由于核阻止功率,电离和激发贡献不大的能量损失是占主导地位的减少机制,在闪烁效率的核反冲,但显着的额外淬灭的结果从非线性响应的闪烁电离密度。
2008-03-11 astro-ph nucl-ex
A measurement of the ionization efficiency of nuclear recoils in silicon
我们测量了动能在1.8 - 20 keV之间的硅核反冲的电离效率。我们用中子束轰击硅漂移二极管进行弹性散射实验。使用宽能中子谱,并使用散射中子的飞行时间和散射角的测量来重建核反冲能。Lindhard等人的理论很好地描述了这项工作的结果的总体趋势。超过4 keV的反冲能量。低于该能量,所呈现的数据显示出与模型的偏差。数据表明在低能量下比理论预测更快的下降。
2017-07-04 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
New Measurement of the Scintillation Efficiency of Low-Energy Nuclear Recoils in Liquid Xenon
使用液态氙(LXe)作为探测介质的粒子探测器是寻找暗物质弱相互作用大质量粒子(WIMP)的主要技术之一。一个关键的使能因素是LIMPs目标中WIMP相互作用产生的反冲核的低能探测阈值。在这些探测器中,核反冲能量标度基于Leff闪烁信号,因此需要了解核反冲的相对闪烁效率Leff。Leff在低能量下的不确定性是在低质量下从Lupiter WIMP搜索报告的结果中最大的系统不确定性。在XENON暗物质项目的背景下,专门为低能量下的Leff测量设计和制造了一种新的Leff闪烁探测器,重点是最大限度地提高闪烁光探测效率,以获得尽可能低的能量阈值。我们报告新的测量Leff在低能量与此检测器进行。我们的结果表明,Leff随能量缓慢下降,从15 keV时的0.144 +/- 0.009下降到3 keV时的0.088 + 0.014 - 0.015。
2011-04-13 astro-ph.CO nucl-ex
Demonstration and Comparison of Operation of Photomultiplier Tubes at Liquid Argon Temperature
液化惰性气体被广泛用作直接暗物质搜索的目标。液体中闪烁的信号,在由暗物质粒子(例如WIMP)散射的反冲核的能量沉积之后,应该由适当设计成在低温下操作的光电传感器记录到非常低的能量。用于暗物质搜索的基于液态氩的探测器目前实现用于信号读出的光电倍增管。在过去的几年中,光电倍增管的光电阴极工作到液态氩温度(87 K)已经专门开发了增加量子效率特性。其中最新的Hamamatsu Photonics Mod. R11065峰值QE高达约35%,已在WArP协作的研发计划中进行了广泛测试。在这些测试中,滨松光电倍增管表现出卓越的性能,并允许在具有12%范围内的光电阴极覆盖率的液氩检测器中获得约7 phel/keVee的光产额,足以检测低至几keVee的能量沉积的事件。这表明,这种新型的PMT适合于实验应用,特别是新的直接暗物质搜索与基于LAr的实验。
2011-09-26 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
High-Precision Excited-State Nuclear Recoil Spectroscopy with Superconducting Sensors
本研究利用掺杂稀有同位素的STJ超导传感器,首次实现单个选定核态的高分辨率eV量级核反冲光谱测量,对比经验模型与分子动力学模拟,结果对核物理及超出标准模型的前沿研究具有重要意义。
2024-12-11 nucl-ex physics.ins-det