DarkSide-20k 光学读取的低温硅光子二极管

硅光子二极管（SiPM）已成为替代传统光电子管（PMT）的重要技术，广泛应用于高灵敏度实验中，或作为PMT的补充或替代方案。由于(i)在低温环境下显著降低暗噪声，(ii)相对较低的放射性物质含量，以及(iii)可扩展的工业生产，SiPM非常适合作为低背景低温应用的理想选择，例如大型贵金属液体实验，用于暗物质直接探测。为此，全球氦-argon暗物质合作已承诺采用该技术用于DarkSide-20k，其下一代用于直接探测WIMP暗物质的实验，目前正处于LNGS Hall C建造中。基于Fondazione Bruno Kessler的SiPM技术开发了大面积低温SiPM光子计数器，称为光子探测器单元（PDU），该单元测量$20\times20$ cm$^2$，每个通道的有效面积为$100$ cm$^2$，并集成了适用于低温的定制前端电子。据估计，已生产并测试了超过600个PDU，用于构建DarkSide-20k中约$10.5$ m$^2$的大型两相氦-argon时间投影鼓腔的光学平面以及其抗干扰系统的光学读取。