Phonon-mediated high-voltage detector with background rejection for low-mass dark matter and reactor coherent neutrino scattering experiments

被引:3
作者
Neog, H.
Mahapatra, R.
Mirabolfathi, N.
Platt, M.
Jastram, A.
Agnolet, G.
Chen, H.
Mohanty, B.
Kubik, A.
机构
[1] Department of Physics and Astronomy, Texas A&M University, College Station, 77843, TX
[2] School of Physical Sciences, National Institute of Science Education and Research, HBNI, Odisha, Jatni
[3] SNOLAB, Creighton Mine #9, 1039 Regional Road 24, Sudbury
关键词
Dark matter; Coherent elastic neutrino-nucleus scattering; Background reduction; Cryogenic temperature; Phonon detectors;
D O I
10.1016/j.nima.2022.166707
中图分类号
TH7 [仪器、仪表];
学科分类号
0804 ; 080401 ; 081102 ;
摘要
We report the first demonstration of a phonon-mediated silicon detector technology that provides a primary phonon measurement in a low-voltage region, and a simultaneous indirect measurement of the ionization signal through Neganov-Trofimov-Luke amplification in a high voltage region, both in a monolithic crystal. We present characterization of charge and phonon transport between the two stages of the detector and the resulting background discrimination capability at low energies. This new detector technology has the potential to significantly enhance the sensitivity of dark matter and coherent neutrino scattering experiments beyond the capabilities of current technologies that have limited discrimination at low energies.
引用
收藏
页数:5
相关论文
共 24 条
[1]   Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a p-Type Point Contact Germanium Detector [J].
Aalseth, C. E. ;
Barbeau, P. S. ;
Bowden, N. S. ;
Cabrera-Palmer, B. ;
Colaresi, J. ;
Collar, J. I. ;
Dazeley, S. ;
de Lurgio, P. ;
Fast, J. E. ;
Fields, N. ;
Greenberg, C. H. ;
Hossbach, T. W. ;
Keillor, M. E. ;
Kephart, J. D. ;
Marino, M. G. ;
Miley, H. S. ;
Miller, M. L. ;
Orrell, J. L. ;
Radford, D. C. ;
Reyna, D. ;
Tench, O. ;
Van Wechel, T. D. ;
Wilkerson, J. F. ;
Yocum, K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (13)
[2]   Low-mass dark matter search with CDMSlite [J].
Agnese, R. ;
Anderson, A. J. ;
Aralis, T. ;
Aramaki, T. ;
Arnquist, I. J. ;
Baker, W. ;
Balakishiyeva, D. ;
Barker, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Binder, T. ;
Bowles, M. A. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Calkins, R. ;
Cartaro, C. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chang, Y. ;
Chagani, H. ;
Chen, Y. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fascione, E. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fritts, M. ;
Gerbier, G. ;
Ghaith, M. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, H. R. ;
Hong, Z. ;
Hoppe, E. W. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Iyer, V. ;
Jardin, D. ;
Jastram, A. ;
Jena, C. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kubik, A. ;
Kurinsky, N. A. .
PHYSICAL REVIEW D, 2018, 97 (02)
[3]   Projected sensitivity of the SuperCDMS SNOLAB experiment [J].
Agnese, R. ;
Anderson, A. J. ;
Aramaki, T. ;
Arnquist, I. ;
Baker, W. ;
Barker, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Borgland, A. ;
Bowles, M. A. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Calkins, R. ;
Cartaro, C. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chagani, H. ;
Chen, Y. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fritts, M. ;
Gerbier, G. ;
Ghaith, M. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, H. R. ;
Hofer, T. ;
Holmgren, D. ;
Hong, Z. ;
Hoppe, E. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Iyer, V. ;
Jardin, D. ;
Jastram, A. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kubik, A. ;
Kurinsky, N. A. ;
Leder, A. ;
Loer, B. .
PHYSICAL REVIEW D, 2017, 95 (08)
[4]   Search for Low-Mass Weakly Interacting Massive Particles Using Voltage-Assisted Calorimetric Ionization Detection in the SuperCDMS Experiment [J].
Agnese, R. ;
Anderson, A. J. ;
Asai, M. ;
Balakishiyeva, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Billard, J. ;
Borgland, A. ;
Bowles, M. A. ;
Brandt, D. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chagani, H. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Crewdson, C. H. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, H. R. ;
Hertel, S. A. ;
Hofer, T. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Jastram, A. ;
Kamaev, O. ;
Kara, B. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kiveni, M. ;
Koch, K. ;
Loer, B. ;
Lopez Asamar, E. ;
Mahapatra, R. ;
Mandic, V. ;
Martinez, C. ;
McCarthy, K. A. ;
Mirabolfathi, N. ;
Moffatt, R. A. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (04)
[5]   Silicon Detector Dark Matter Results from the Final Exposure of CDMS II [J].
Agnese, R. ;
Ahmed, Z. ;
Anderson, A. J. ;
Arrenberg, S. ;
Balakishiyeva, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Billard, J. ;
Borgland, A. ;
Brandt, D. ;
Brink, P. L. ;
Bruch, T. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chagani, H. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Crewdson, C. H. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Dejongh, F. ;
do Couto e Silva, E. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Filippini, J. ;
Fox, J. ;
Fritts, M. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, R. H. ;
Hertel, S. A. ;
Hofer, T. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Jastram, A. ;
Kamaev, O. ;
Kara, B. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kim, P. ;
Kiveni, M. ;
Koch, K. ;
Kos, M. ;
Leman, S. W. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (25)
[6]   Demonstration of surface electron rejection with interleaved germanium detectors for dark matter searches [J].
Agnese, R. ;
Anderson, A. J. ;
Balakishiyeva, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Borgland, A. ;
Brandt, D. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chagani, H. ;
Cherry, M. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Crewdson, C. H. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Do Couto E Silva, E. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fox, J. ;
Fritts, M. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, H. R. ;
Hasi, J. ;
Hertel, S. A. ;
Hines, B. A. ;
Hofer, T. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Jastram, A. ;
Kamaev, O. ;
Kara, B. ;
Kelsey, M. H. ;
Kenany, S. A. ;
Kennedy, A. ;
Kenney, C. J. ;
Kiveni, M. ;
Koch, K. ;
Loer, B. ;
Lopez Asamar, E. ;
Mahapatra, R. .
APPLIED PHYSICS LETTERS, 2013, 103 (16)
[7]   Background studies for the MINER Coherent Neutrino Scattering reactor experiment [J].
Agnolet, G. ;
Baker, W. ;
Barker, D. ;
Beck, R. ;
Carroll, T. J. ;
Cesar, J. ;
Cushman, P. ;
Dent, J. B. ;
De Rijck, S. ;
Dutta, B. ;
Flanagan, W. ;
Fritts, M. ;
Gao, Y. ;
Harris, H. R. ;
Hays, C. C. ;
Iyer, V. ;
Jastram, A. ;
Kadribasic, F. ;
Kennedy, A. ;
Kubik, A. ;
Lang, K. ;
Mahapatra, R. ;
Mandic, V. ;
Marianno, C. ;
Martin, R. D. ;
Mast, N. ;
McDeavitt, S. ;
Mirabolfathi, N. ;
Mohanty, B. ;
Nakajima, K. ;
Newhouse, J. ;
Newstead, J. L. ;
Ogawa, I. ;
Phan, D. ;
Proga, M. ;
Rajput, A. ;
Roberts, A. ;
Rogachev, G. ;
Salazar, R. ;
Sander, J. ;
Senapati, K. ;
Shirnada, M. ;
Soubasis, B. ;
Strigari, L. ;
Tamagawa, Y. ;
Teizer, W. ;
Vermaak, J. I. C. ;
Villano, A. N. ;
Walker, J. ;
Webb, B. .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2017, 853 :53-60
[8]  
Ahmed Z., DARK MATTER SEARCH R
[9]   Results from a Search for Dark Matter in the Complete LUX Exposure [J].
Akerib, D. S. ;
Alsum, S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Beltrame, P. ;
Bernard, E. P. ;
Bernstein, A. ;
Biesiadzinski, T. P. ;
Boulton, E. M. ;
Bramante, R. ;
Bras, P. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
Dobi, A. ;
Dobson, J. E. Y. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. N. ;
Faham, C. H. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gehman, V. M. ;
Ghag, C. ;
Gibson, K. R. ;
Gilchriese, M. G. D. ;
Hall, C. R. ;
Hanhardt, M. ;
Haselschwardt, S. J. ;
Hertel, S. A. ;
Hogan, D. P. ;
Horn, M. ;
Huang, D. Q. ;
Ignarra, C. M. ;
Ihm, M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Ji, W. ;
Kamdin, K. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (02)
[10]   Search for Light Dark Matter in XENON10 Data [J].
Angle, J. ;
Aprile, E. ;
Arneodo, F. ;
Baudis, L. ;
Bernstein, A. ;
Bolozdynya, A. I. ;
Coelho, L. C. C. ;
Dahl, C. E. ;
DeViveiros, L. ;
Ferella, A. D. ;
Fernandes, L. M. P. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Giboni, K. L. ;
Gomez, R. ;
Hasty, R. ;
Kastens, L. ;
Kwong, J. ;
Lopes, J. A. M. ;
Madden, N. ;
Manalaysay, A. ;
Manzur, A. ;
McKinsey, D. N. ;
Monzani, M. E. ;
Ni, K. ;
Oberlack, U. ;
Orboeck, J. ;
Plante, G. ;
Santorelli, R. ;
dos Santos, J. M. F. ;
Schulte, S. ;
Shagin, P. ;
Shutt, T. ;
Sorensen, P. ;
Winant, C. ;
Yamashita, M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (05)