一种紧凑型β粒子动量探测器

我们介绍了用于量子隐形粒子传感器（QuIPS）实验的紧凑型β电子探测器的设计、开发和首次校准结果。QuIPS电子探测器旨在重建超高真空（UHV）中放射性同位素掺杂的光学悬浮纳米球发射的$\beta$粒子的完整动量矢量，从而能够测量中微子动量并寻找重惰性中微子。该探测器包括两个用于方向跟踪的减薄CMOS探测器和由硅光电倍增管（SiPMs）读出的塑料闪烁体用于量热。整个组件必须在低于$10^{-7}$ mbar压力的现有光捕获真空室内运行，这对材料选择、功耗、放气和紧凑性施加了严格限制。我们展示了对能量低至100 keV的$\beta$衰变电子的灵敏度，以及在500 keV以上（重惰性中微子搜索的主要关注窗口）35%的探测效率。CMOS跟踪器在mrad尺度上解析动量方向，并以亚毫米精度重建$\beta$发射顶点，而闪烁体-SiPM系统在1 MeV时实现了5%的能量分辨率。