ARAPUCA 的数值表征：一种用于液氩闪烁光探测的新方案

ARAPUCA 概念被提出作为一种简洁明了的解决方案，通过稀有液体中闪烁光的波长转换与俘获来提高 SiPM 的有效收集面积，从而在利用时间投影室的中微子与暗物质搜寻实验中极大提升计时与量能分辨率。其单光子探测效率预期大于 1%。初始设计为一个由高反射率内表面材料构成的盒子，其光子接收窗口由两块波长转换片与一块二向色滤光片组成。第一块转换片将液氩闪烁的 VUV 光转换为波长小于二向色截止波长的光子，因此该表面对其高度透明。当穿过二向色滤光片后，它到达第二块转换片，将光子转换至可见光区并被内嵌的 SiPM 探测。光子进入盒子后，在被探测前很可能经历数次反射，包括在所述二向色滤光片表面的反射。我们给出了该器件的完整数值描述，采用蒙特卡洛框架，包含接收窗口的表征、不同材料的反射模型以及传感器量子效率，现可通过比较不同几何结构、SiPM 位置与材料来进一步提升探测效率。文中给出模拟效率、反射次数与获取时间的估计，并与解析计算比较。结果非常可观，液氩中闪烁光探测的总效率达 1.7$\rm \pm$0.3%。同时将估计的总效率与在巴西制作的 ARAPUCA 原型实验测试的初步结果进行了比较。