在光学读出气体 TPC 中识别低能核反冲
仪器与探测器
2021-10-28 v2 高能物理 - 实验
摘要
随着大质量 WIMP 类暗物质候选粒子的广阔区域已被排除，寻找一种能够探测和重建 keV 能级核反冲事件的新技术变得越来越重要。具有光学读出的气体时间投影室 (TPC) 是非常有前景的候选者，它结合了 TPC 技术提供的完整事件信息以及最新一代科学光传感器的高灵敏度和高粒度。在弗拉斯卡蒂国家实验室测试了一台在阳极使用气体电子倍增器 (GEM) 进行放大的 TPC。使用来自放射源的光子和中子，以诱导产生动能范围在 [1-100] keV 的反冲核和电子。使用大气压下的 He-CF4 (60/40) 混合气体，并通过高位置分辨率、低噪声的科学 CMOS 相机和光电倍增管采集 GEM 通道中倍增过程产生的光。本文提出了一种基于高级聚类技术的多阶段模式识别算法。利用一系列簇形状观测量，来识别由 AmBe 源产生的中子诱导的核反冲，并将其与 X 射线 光电子区分开来。在实现 96% 的 光电子抑制率的同时，探测能量约为 6 keV 的核反冲的效率达到了 18%。这使得这种光学读出气体 TPC 成为未来研究超稀有事件（如方向性直接暗物质搜寻）的极具前景的候选方案。
引用
@article{arxiv.2007.12508,
title = {Identification of low energy nuclear recoils in a gas TPC with optical readout},
author = {Elisabetta Baracchini and Luigi Benussi and Stefano Bianco and Cesidio Capoccia and Michele Arturo Caponero and Gianluca Cavoto and Andre Cortez and Igor Abritta Costa and Emanuele Di Marco and Giulia D'Imperio and Giorgio Dho and Fabrizio Iacoangeli and Giovanni Maccarrone and Michela Marafini and Giovanni Mazzitelli and Andrea Messina and Rafael Antunes Nobrega and Aldo Orlandi and Emiliano Paoletti and Luciano Passamonti and Fabrizio Petrucci and Davide Piccolo and Daniele Pierluigi and Davide Pinci and Francesco Renga and Filippo Rosatelli and Alessandro Russo and Giovanna Saviano and Roberto Tesauro and Sandro Tomassini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.12508},
year = {2021}
}