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Proportional electroluminescence (EL) in noble gases is used in two-phase detectors for dark matter searches to record (in the gas phase) the ionization signal induced by particle scattering in the liquid phase. The “standard” EL mechanism is considered to be due to noble gas excimer emission in the vacuum ultraviolet (VUV). In addition, there are two alternative mechanisms, producing light in the visible and near infrared (NIR) ranges. The first is due to bremsstrahlung of electrons scattered on neutral atoms (“neutral bremsstrahlung”, NBrS). The second, responsible for electron avalanche scintillation in the NIR at higher electric fields, is due to transitions between excited atomic states. In this work, we have for the first time demonstrated two alternative techniques of the optical readout of two-phase argon detectors, in the visible and NIR range, using a silicon photomultiplier matrix and electroluminescence due to either neutral bremsstrahlung or avalanche scintillation. The amplitude yield and position resolution were measured for these readout techniques, which allowed to assess the detection threshold for electron and nuclear recoils in two-phase argon detectors for dark matter searches. To the best of our knowledge, this is the first practical application of the NBrS effect in detection science.
Aalseth C.E., Abdelhakim S., Agnes P., Ajaj R., Albuquerque I.F.M., Alexander T., et al. (2021). SiPM-matrix readout of two-phase argon detectors using electroluminescence in the visible and near infrared range. THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS, 81(2), 1-17 [10.1140/epjc/s10052-020-08801-2].
SiPM-matrix readout of two-phase argon detectors using electroluminescence in the visible and near infrared range
Aalseth C. E.;Abdelhakim S.;Agnes P.;Ajaj R.;Albuquerque I. F. M.;Alexander T.;Alici A.;Alton A. K.;Amaudruz P.;Ameli F.;Anstey J.;Antonioli P.;Arba M.;Arcelli S.;Ardito R.;Arnquist I. J.;Arpaia P.;Asner D. M.;Asunskis A.;Ave M.;Back H. O.;Barbaryan V.;Barrado Olmedo A.;Batignani G.;Bisogni M. G.;Bocci V.;Bondar A.;Bonfini G.;Bonivento W.;Borisova E.;Bottino B.;Boulay M. G.;Bunker R.;Bussino S.;Buzulutskov A.;Cadeddu M.;Cadoni M.;Caminata A.;Canci N.;Candela A.;Cantini C.;Caravati M.;Cariello M.;Carnesecchi F.;Castellani A.;Castello P.;Cavalcante P.;Cavazza D.;Cavuoti S.;Cebrian S.;Cela Ruiz J. M.;Celano B.;Cereseto R.;Chashin S.;Cheng W.;Chepurnov A.;Cicalo C.;Cifarelli L.;Citterio M.;Coccetti F.;Cocco V.;Colocci M.;Conde Vilda E.;Consiglio L.;Cossio F.;Covone G.;Crivelli P.;D'Antone I.;D'Incecco M.;Da Rocha Rolo M. D.;Dadoun O.;Daniel M.;Davini S.;De Cecco S.;De Deo M.;De Falco A.;De Gruttola D.;De Guido G.;De Rosa G.;Dellacasa G.;Demontis P.;De Pasquale S.;Derbin A. V.;Devoto A.;Eusanio F. D.;Di Noto L.;Di Pietro G.;Di Stefano P.;Dionisi C.;Dolganov G.;Dordei F.;Downing M.;Edalatfar F.;Empl A.;Fernandez Diaz M.;Filip C.;Fiorillo G.;Fomenko K.;Franceschi A.;Franco D.;Frolov E.;Froudakis G. E.;Funicello N.;Gabriele F.;Gabrieli A.;Galbiati C.;Garbini M.;Garcia Abia P.;Gascon Fora D.;Gendotti A.;Ghiano C.;Ghisi A.;Giampa P.;Giampaolo R. A.;Giganti C.;Giorgi M. A.;Giovanetti G. K.;Gligan M. L.;Gorchakov O.;Grab M.;Graciani Diaz R.;Grassi M.;Grate J. W.;Grobov A.;Gromov M.;Guan M.;Guerra M. B. B.;Guerzoni M.;Gulino M.;Haaland R. K.;Hackett B. R.;Hallin A.;Haranczyk M.;Harrop B.;Hoppe E. W.;Horikawa S.;Hosseini B.;Hubaut F.;Humble P.;Hungerford E. V.;Ianni A.;Ilyasov A.;Ippolito V.;Jillings C.;Keeter K.;Kendziora C. L.;Kochanek I.;Kondo K.;Kopp G.;Korablev D.;Korga G.;Kubankin A.;Kugathasan R.;Kuss M.;La Commara M.;La Delfa L.;Lai M.;Lebois M.;Lehnert B.;Levashko N.;Li X.;Liqiang Q.;Lissia M.;Lodi G. U.;Longo G.;Lussana R.;Luzzi L.;Machado A. A.;Machulin I. N.;Mandarano A.;Manecki S.;Mapelli L.;Margotti A.;Mari S. M.;Mariani M.;Maricic J.;Marinelli M.;Marras D.;Martinez M.;Martinez Rojas A. D.;Mascia M.;Mason J.;Masoni A.;McDonald A. B.;Messina A.;Miletic T.;Milincic R.;Moggi A.;Moioli S.;Monroe J.;Morrocchi M.;Mroz T.;Mu W.;Muratova V. N.;Murphy S.;Muscas C.;Musico P.;Nania R.;Napolitano T.;Navrer Agasson A.;Nessi M.;Nikulin I.;Nosov V.;Nowak J. A.;Oleinik A.;Oleynikov V.;Orsini M.;Ortica F.;Pagani L.;Pallavicini M.;Palmas S.;Pandola L.;Pantic E.;Paoloni E.;Pazzona F.;Peeters S.;Pegoraro P. A.;Pelczar K.;Pellegrini L. A.;Pellegrino C.;Pelliccia N.;Perotti F.;Pesudo V.;Picciau E.;Pietropaolo F.;Pocar A.;Pollmann T. R.;Portaluppi D.;Poudel S. S.;Pralavorio P.;Price D.;Radics B.;Raffaelli F.;Ragusa F.;Razeti M.;Regenfus C.;Renshaw A. L.;Rescia S.;Rescigno M.;Retiere F.;Rignanese L. P.;Ripoli C.;Rivetti A.;Rode J.;Romani A.;Romero L.;Rossi N.;Rubbia A.;Sala P.;Salatino P.;Samoylov O.;Sanchez Garcia E.;Sandford E.;Sanfilippo S.;Sant M.;Santone D.;Santorelli R.;Savarese C.;Scapparone E.;Schlitzer B.;Scioli G.;Segreto E.;Seifert A.;Semenov D. A.;Shchagin A.;Sheshukov A.;Siddhanta S.;Simeone M.;Singh P. N.;Skensved P.;Skorokhvatov M. D.;Smirnov O.;Sobrero G.;Sokolov A.;Sotnikov A.;Stainforth R.;Steri A.;Stracka S.;Strickland V.;Suffritti G. B.;Sulis S.;Suvorov Y.;Szelc A. M.;Tartaglia R.;Testera G.;Thorpe T.;Tonazzo A.;Tosi A.;Tuveri M.;Unzhakov E. V.;Usai G.;Vacca A.;Vazquez-Jauregui E.;Viant T.;Viel S.;Villa F.;Vishneva A.;Vogelaar R. B.;Wahl J.;Walding J. J.;Wang H.;Wang Y.;Westerdale S.;Wheadon R. J.;Williams R.;Wilson J.;Wojcik M. M.;Wojcik M.;Wu S.;Xiao X.;Yang C.;Ye Z.;Zuffa M.;Zuzel G.
2021
Abstract
Proportional electroluminescence (EL) in noble gases is used in two-phase detectors for dark matter searches to record (in the gas phase) the ionization signal induced by particle scattering in the liquid phase. The “standard” EL mechanism is considered to be due to noble gas excimer emission in the vacuum ultraviolet (VUV). In addition, there are two alternative mechanisms, producing light in the visible and near infrared (NIR) ranges. The first is due to bremsstrahlung of electrons scattered on neutral atoms (“neutral bremsstrahlung”, NBrS). The second, responsible for electron avalanche scintillation in the NIR at higher electric fields, is due to transitions between excited atomic states. In this work, we have for the first time demonstrated two alternative techniques of the optical readout of two-phase argon detectors, in the visible and NIR range, using a silicon photomultiplier matrix and electroluminescence due to either neutral bremsstrahlung or avalanche scintillation. The amplitude yield and position resolution were measured for these readout techniques, which allowed to assess the detection threshold for electron and nuclear recoils in two-phase argon detectors for dark matter searches. To the best of our knowledge, this is the first practical application of the NBrS effect in detection science.
Aalseth C.E., Abdelhakim S., Agnes P., Ajaj R., Albuquerque I.F.M., Alexander T., et al. (2021). SiPM-matrix readout of two-phase argon detectors using electroluminescence in the visible and near infrared range. THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS, 81(2), 1-17 [10.1140/epjc/s10052-020-08801-2].
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simulazione ASN
Il report seguente simula gli indicatori relativi alla propria produzione scientifica in relazione alle soglie ASN 2023-2025 del proprio SC/SSD. Si ricorda che il superamento dei valori soglia (almeno 2 su 3) è requisito necessario ma non sufficiente al conseguimento dell'abilitazione. La simulazione si basa sui dati IRIS e sugli indicatori bibliometrici alla data indicata e non tiene conto di eventuali periodi di congedo obbligatorio, che in sede di domanda ASN danno diritto a incrementi percentuali dei valori. La simulazione può differire dall'esito di un’eventuale domanda ASN sia per errori di catalogazione e/o dati mancanti in IRIS, sia per la variabilità dei dati bibliometrici nel tempo. Si consideri che Anvur calcola i valori degli indicatori all'ultima data utile per la presentazione delle domande.
La presente simulazione è stata realizzata sulla base delle specifiche raccolte sul tavolo ER del Focus Group IRIS coordinato dall’Università di Modena e Reggio Emilia e delle regole riportate nel DM 589/2018 e allegata Tabella A. Cineca, l’Università di Modena e Reggio Emilia e il Focus Group IRIS non si assumono alcuna responsabilità in merito all’uso che il diretto interessato o terzi faranno della simulazione. Si specifica inoltre che la simulazione contiene calcoli effettuati con dati e algoritmi di pubblico dominio e deve quindi essere considerata come un mero ausilio al calcolo svolgibile manualmente o con strumenti equivalenti.
