Published October 21, 2023 | Version v1
Publication Open

A 50 l Cygno prototype overground characterization

Creators

  • 1. University of Coimbra
  • 2. INFN Sezione di Roma III
  • 3. Gran Sasso Science Institute
  • 4. National Laboratory of Frascati
  • 5. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
  • 6. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas
  • 7. Universidade Federal de Juiz de Fora
  • 8. University of Sheffield
  • 9. Gran Sasso National Laboratory
  • 10. Roma Tre University

Description

Abstract The nature of dark matter is still unknown and an experimental program to look for dark matter particles in our Galaxy should extend its sensitivity to light particles in the GeV mass range and exploit the directional information of the DM particle motion (Vahsen et al. in CYGNUS: feasibility of a nuclear recoil observatory with directional sensitivity to dark matter and neutrinos, arXiv:2008.12587 , 2020). The Cygno project is studying a gaseous time projection chamber operated at atmospheric pressure with a Gas Electron Multiplier (Sauli in Nucl Instrum Meth A 386:531, https://doi.org/10.1016/S0168-9002(96)01172-2 , 1997) amplification and with an optical readout as a promising technology for light dark matter and directional searches. In this paper we describe the operation of a 50 l prototype named LIME (Long Imaging ModulE) in an overground location at Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) of INFN. This prototype employs the technology under study for the 1 cubic meter Cygno demonstrator to be installed at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) (Amaro et al. in Instruments 2022, 6(1), https://www.mdpi.com/2410-390X/6/1/6 , 2022). We report the characterization of LIME with photon sources in the energy range from few keV to several tens of keV to understand the performance of the energy reconstruction of the emitted electron. We achieved a low energy threshold of few keV and an energy resolution over the whole energy range of 10–20%, while operating the detector for several weeks continuously with very high operational efficiency. The energy spectrum of the reconstructed electrons is then reported and will be the basis to identify radio-contaminants of the LIME materials to be removed for future Cygno detectors.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص لا تزال طبيعة المادة المظلمة غير معروفة ويجب على البرنامج التجريبي للبحث عن جزيئات المادة المظلمة في مجرتنا أن يوسع حساسيته لجسيمات الضوء في نطاق كتلة GeV ويستغل المعلومات الاتجاهية لحركة جسيمات DM (Vahsen et al. في CYGNUS: جدوى مرصد ارتداد نووي مع حساسية اتجاهية للمادة المظلمة والنيوترونات، arXiv: 2008.12587، 2020). يدرس مشروع Cygno غرفة إسقاط زمنية غازية تعمل عند الضغط الجوي باستخدام مضاعف إلكترون الغاز (Sauli in Nucl Instrum Meth A 386:531، https://doi.org/10.1016/S0168-9002 (96) 01172-2، 1997) تضخيم وقراءة بصرية كتقنية واعدة للمادة المظلمة الخفيفة وعمليات البحث الاتجاهية. في هذه الورقة، نصف تشغيل نموذج أولي سعة 50 لترًا يسمى LIME (Long Imaging ModulE) في موقع فوق الأرض في Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) of INFN. يستخدم هذا النموذج الأولي التكنولوجيا قيد الدراسة لمتظاهر Cygno 1 متر مكعب ليتم تثبيته في Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) (Amaro et al. in Instruments 2022, 6(1), https://www.mdpi.com/2410-390X/6/1/6 , 2022). نبلغ عن توصيف الجير بمصادر الفوتونات في نطاق الطاقة من عدد قليل من الكيلوفولت إلى عدة عشرات من الكيلوفولت لفهم أداء إعادة بناء الطاقة للإلكترون المنبعث. لقد حققنا عتبة طاقة منخفضة من عدد قليل من الجهد الكهربي الكهربي ودقة طاقة على نطاق الطاقة بأكمله من 10-20 ٪، مع تشغيل الكاشف لعدة أسابيع بشكل مستمر بكفاءة تشغيلية عالية جدًا. ثم يتم الإبلاغ عن طيف الطاقة للإلكترونات المعاد بناؤها وسيكون الأساس لتحديد الملوثات المشعة لمواد الجير المراد إزالتها لكواشف Cygno المستقبلية.

Translated Description (French)

Résumé La nature de la matière noire est encore inconnue et un programme expérimental visant à rechercher des particules de matière noire dans notre Galaxie devrait étendre sa sensibilité aux particules légères dans la gamme de masse GeV et exploiter l'information directionnelle du mouvement des particules DM (Vahsen et al. dans CYGNUS : feasibility of a nuclear recoil observatory with directional sensitivity to dark matter and neutrinos, arXiv :2008.12587 , 2020). Le projet Cygno étudie une chambre de projection temporelle gazeuse fonctionnant à pression atmosphérique avec un multiplicateur d'électrons gazeux (Sauli in Nucl Instrum Meth A 386:531, https://doi.org/10.1016/S0168-9002(96)01172-2 , 1997) et avec une lecture optique comme technologie prometteuse pour la matière noire claire et les recherches directionnelles. Dans cet article, nous décrivons le fonctionnement d'un prototype de 50 l nommé LIME (Long Imaging ModulE) dans un endroit en surface au Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) de l'INFN. Ce prototype utilise la technologie à l'étude pour le démonstrateur Cygno de 1 mètre cube qui sera installé aux Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) (Amaro et al. dans Instruments 2022, 6(1), https://www.mdpi.com/2410-390X/6/1/6 , 2022). Nous rapportons la caractérisation de la CHAUX avec des sources de photons dans la gamme d'énergie de quelques keV à plusieurs dizaines de keV pour comprendre la performance de la reconstruction énergétique de l'électron émis. Nous avons atteint un seuil d'énergie faible de quelques keV et une résolution énergétique sur toute la plage d'énergie de 10–20%, tout en faisant fonctionner le détecteur pendant plusieurs semaines en continu avec une très grande efficacité opérationnelle. Le spectre d'énergie des électrons reconstruits est ensuite rapporté et servira de base pour identifier les radio-contaminants des matériaux de CHAUX à éliminer pour les futurs détecteurs Cygno.

Translated Description (Spanish)

Resumen La naturaleza de la materia oscura aún se desconoce y un programa experimental para buscar partículas de materia oscura en nuestra galaxia debería extender su sensibilidad a las partículas de luz en el rango de masa GeV y explotar la información direccional del movimiento de las partículas DM (Vahsen et al. en CYGNUS: viabilidad de un observatorio de retroceso nuclear con sensibilidad direccional a la materia oscura y los neutrinos, arXiv:2008.12587 , 2020). El proyecto Cygno está estudiando una cámara de proyección de tiempo gaseosa operada a presión atmosférica con un multiplicador de electrones de gas (Sauli in Nucl Instrum Meth A 386:531, https://doi.org/10.1016/S0168-9002 (96)01172-2 , 1997) amplificación y con una lectura óptica como una tecnología prometedora para la materia oscura clara y las búsquedas direccionales. En este documento describimos el funcionamiento de un prototipo de 50 l llamado LIME (Long Imaging ModulE) en una ubicación sobre el suelo en Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) de INFN. Este prototipo emplea la tecnología en estudio para el demostrador Cygno de 1 metro cúbico que se instalará en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) (Amaro et al. en Instruments 2022, 6(1), https://www.mdpi.com/2410-390X/6/1/6 , 2022). Presentamos la caracterización de la CAL con fuentes de fotones en el rango de energía de pocos keV a varias decenas de keV para comprender el rendimiento de la reconstrucción de energía del electrón emitido. Logramos un umbral de energía bajo de pocos keV y una resolución de energía en todo el rango de energía del 10-20%, mientras operábamos el detector durante varias semanas de forma continua con una eficiencia operativa muy alta. Luego se informa el espectro de energía de los electrones reconstruidos y será la base para identificar los radiocontaminantes de los materiales de CAL que se eliminarán para futuros detectores Cygno.

Files

s10052-023-11988-9.pdf.pdf

Files (4.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ae34583acdcc8d2f768dcbe47e4dffd5
4.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نموذج أوّلي 50 l Cygno للتوصيف فوق الأرض
Translated title (French)
Un prototype Cygno de 50 l de caractérisation aérienne
Translated title (Spanish)
Un prototipo Cygno de 50 l de caracterización sobre el terreno

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4387845353
DOI
10.1140/epjc/s10052-023-11988-9

Is supplement to
https://openalex.org/W3083740313 (Other)
https://openalex.org/W2948317293 (Other)
https://openalex.org/W2425693807 (Other)
https://openalex.org/W2421782925 (Other)
https://openalex.org/W2342168494 (Other)
https://openalex.org/W2140639825 (Other)
https://openalex.org/W2040698574 (Other)
https://openalex.org/W1986725781 (Other)
https://openalex.org/W1867375389 (Other)
https://openalex.org/W1678505894 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1946163737
  • https://openalex.org/W1979885137
  • https://openalex.org/W1985146710
  • https://openalex.org/W2008354066
  • https://openalex.org/W2014845318
  • https://openalex.org/W2015404464
  • https://openalex.org/W2022321511
  • https://openalex.org/W2026147950
  • https://openalex.org/W2034838801
  • https://openalex.org/W2043998161
  • https://openalex.org/W2049183345
  • https://openalex.org/W2085261163
  • https://openalex.org/W2102639000
  • https://openalex.org/W2109134109
  • https://openalex.org/W2131070921
  • https://openalex.org/W2168539833
  • https://openalex.org/W2193982529
  • https://openalex.org/W2273388935
  • https://openalex.org/W2318527465
  • https://openalex.org/W2403089519
  • https://openalex.org/W2530349779
  • https://openalex.org/W2534308951
  • https://openalex.org/W2573829487
  • https://openalex.org/W2615349961
  • https://openalex.org/W2626822231
  • https://openalex.org/W2746829047
  • https://openalex.org/W2768185169
  • https://openalex.org/W2805537661
  • https://openalex.org/W2963002078
  • https://openalex.org/W2963734496
  • https://openalex.org/W2978108994
  • https://openalex.org/W3012704921
  • https://openalex.org/W3016878633
  • https://openalex.org/W3034500129
  • https://openalex.org/W3035507995
  • https://openalex.org/W3098501133
  • https://openalex.org/W3098804456
  • https://openalex.org/W3100061394
  • https://openalex.org/W3101049465
  • https://openalex.org/W3101349229
  • https://openalex.org/W3101416661
  • https://openalex.org/W3103649745
  • https://openalex.org/W3105270894
  • https://openalex.org/W3105887405
  • https://openalex.org/W3106463670
  • https://openalex.org/W3106464460
  • https://openalex.org/W3110509490
  • https://openalex.org/W4205365025
  • https://openalex.org/W4231763954
  • https://openalex.org/W4253056353
  • https://openalex.org/W4285044823
  • https://openalex.org/W4301757256