MIGDAL 实验：测量一种稀有原子过程以助力暗物质搜寻
高能物理 - 实验
2023-05-08 v3 仪器与探测器
摘要
我们介绍了 Migdal In Galactic Dark mAtter expLoration（MIGDAL）实验，其旨在明确观测并研究由快中子散射诱导的所谓 Migdal 效应。人们希望这一难以捉摸的原子过程能够被用来增强直接暗物质搜寻实验对更低质量的探测能力，但它仍缺乏实验证实。我们的目标是通过部署一个填充基于 CF 的低气压气体的光学时间投影室，探测预计伴随核散射以较低但可计算的概率发生的原子电子发射。最初将使用纯 CF，之后使用包含主流暗物质搜寻技术所采用的其他元素的混合气体——包括惰性元素物种，以及 Si 和 Ge。由气体电子倍增器堆栈产生的高分辨率径迹图像，连同来自闪烁和电离读出的时间信息，将用于该过程预期特征事件拓扑的 3D 重建——一种共享一个公共顶点的双径迹排列，其中一条属于 Migdal 电子，另一条属于核反冲。两条径迹上不同的能量损失率分布将用作针对本底事件的强有力判别工具。本文给出了实验设计，其依据来自广泛的粒子与径迹模拟以及对信号和本底率的详细估计。在纯 CF 中，我们预期在位于英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的 NILE 设施中，暴露于强 D-D（D-T）中子发生器束流下，每个日历天分别观测到 8.9（29.3）个 Migdal 事件。在标称假设下，使用两种发生器均可在不到一天内达到 5 中位发现显著性。
引用
@article{arxiv.2207.08284,
title = {The MIGDAL experiment: Measuring a rare atomic process to aid the search for dark matter},
author = {H. M. Araújo and S. N. Balashov and J. E. Borg and F. M. Brunbauer and C. Cazzaniga and C. D. Frost and F. Garcia and A. C. Kaboth and M. Kastriotou and I. Katsioulas and A. Khazov and H. Kraus and V. A. Kudryavtsev and S. Lilley and A. Lindote and D. Loomba and M. I. Lopes and E. Lopez Asamar and P. Luna Dapica and P. A. Majewski and T. Marley and C. McCabe and A. F. Mills and M. Nakhostin and T. Neep and F. Neves and K. Nikolopoulos and E. Oliveri and L. Ropelewski and E. Tilly and V. N. Solovov and T. J. Sumner and J. Tarrant and R. Turnley and M. G. D. van der Grinten and R. Veenhof},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.08284},
year = {2023}
}
备注
Minor corrections from journal review process; accepted version