基于 Micromegas 的 μTPC-MIMAC 探测器的暗物质方向性探测性能

方向性暗物质探测（DDMD）可为弱相互作用大质量粒子（WIMPs）暗物质开辟一种新的信号特征。此外，方向性特征提供了一种克服中子与中微子本底的唯一途径。为获取方向性特征，DDM 探测器应对 keV 范围的低核反冲能量灵敏，且角分辨率优于 $20^{\circ}$。我们利用低能（<$30\,\mathrm{keV}$）离子束装置进行了实验，以测量 MIMAC 探测器原型中核反冲径迹的角分布。本文中，我们研究了该低能范围内氟核径迹相对于电子漂移方向（$0^{\circ}$ 入射角）的角展宽，并展示了由单能中子场实验产生的核反冲角度重建。我们发现一种高增益系统效应沿电子漂移方向带来高角分辨率。所测角分布受扩散以及空间电荷或离子反馈效应影响，这些可通过 flash-ADC 剖面中观测到的不对称因子予以修正。估计的 $0^{\circ}$ 入射离子的角分辨率在 $10$ keV 动能时优于 $15^{\circ}$，且与模拟在 $20$% 内一致。核反冲的分布已与基于改进 Garfield++ 代码的模拟结果进行比较。我们的研究表明，对于轻 WIMPs 的 DDMD，质子比更重原子核是更适宜的目标。我们证明，来自银河系晕起源的暗物质 WIMP 信号的方向性特征在实验上可实现，且对具有扩散机制的低压探测器的运行条件有深入理解。