Nuclear-recoil energy scale in CDMS II silicon dark-matter detectors
Nuclear-recoil energy scale in CDMS II silicon dark-matter detectors
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CDMS II 硅暗物质探测器中的核反冲能量标度
DOI：
10.1016/j.nima.2018.07.028
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Binder, T.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Agnese, R.;Anderson, A.J.;Aramaki, T.;Baker, W.;Balakishiyeva, D.;Banik, S.;Barker, D.;Basu Thakur, R.;Bauer, D.A.;Binder, T.
摘要低温暗物质搜索（CDMS II）实验旨在探测半导体探测器中从原子核弹性散射的暗物质粒子。由此产生的核反冲能量沉积检测电离和声子传感器。中子在这种探测器中产生类似的低能核反冲谱，而大多数其他背景产生电子反冲。核反冲的绝对能量标度是正确解释结果所必需的。能量标度可以在CDMS II硅探测器中使用从广谱252 Cf源入射的中子来确定，利用在反冲（中子）能量接近20（182）keV时硅的中子弹性散射截面中的突出共振。结果表明，核反冲的声子收集效率为4。八比零。九比零。比相同能量的电子反冲低7%。核反冲的电离信号与先前由其他小组在更高电场下测量的电离信号的比较表明，在104 V/cm下操作的CDMS II硅探测器的电离收集效率对于低于20 keV的核反冲为100%，并且对于更大的能量逐渐降低到100 keV时的100%。这些测量对先前发表的CDMS II硅结果的影响很小。
Abstract The Cryogenic Dark Matter Search (CDMS II) experiment aims to detect dark matter particles that elastically scatter from nuclei in semiconductor detectors. The resulting nuclear-recoil energy depositions are detected by ionization and phonon sensors. Neutrons produce a similar spectrum of low-energy nuclear recoils in such detectors, while most other backgrounds produce electron recoils. The absolute energy scale for nuclear recoils is necessary to interpret results correctly. The energy scale can be determined in CDMS II silicon detectors using neutrons incident from a broad-spectrum 252 Cf source, taking advantage of a prominent resonance in the neutron elastic scattering cross section of silicon at a recoil (neutron) energy near 20 (182) keV. Results indicate that the phonon collection efficiency for nuclear recoils is 4. 8− 0. 9+ 0. 7% lower than for electron recoils of the same energy. Comparisons of the ionization signals for nuclear recoils to those measured previously by other groups at higher electric fields indicate that the ionization collection efficiency for CDMS II silicon detectors operated at∼ 4 V/cm is consistent with 100% for nuclear recoils below 20 keV and gradually decreases for larger energies to∼ 75% at 100 keV. The impact of these measurements on previously published CDMS II silicon results is small.
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