Ultralow energy calibration of LUX detector using 127Xe electron capture

被引:35
作者
Akerib, D. S. [1 ,2 ,3 ]
Alsum, S. [4 ]
Araujo, H. M. [5 ]
Bai, X. [6 ]
Bailey, A. J. [5 ]
Balaithy, J. [7 ]
Beltrame, P. [8 ]
Bernard, E. P. [9 ,10 ]
Bernstein, A. [11 ]
Biesiadzinski, T. P. [1 ,2 ]
Boulton, E. M. [10 ]
Bras, P. [12 ]
Byram, D. [13 ,14 ]
Cahn, S. B.
Carmona-Benitez, M. C. [15 ,16 ]
Chan, C. [17 ]
Currie, A. [5 ]
Cutter, J. E. [18 ]
Davison, T. J. R. [8 ]
Dobi, A. [19 ]
Druszkiewicz, E. [20 ]
Edwards, B. N. [10 ]
Fallon, S. R. [21 ]
Fan, A.
Fiorucci, S. [17 ,19 ]
Gaitskell, R. J.
Genovesi, J.
Ghang, C. [22 ]
Gilchriese, M. G. D.
Hall, C. R. [7 ]
Hanhardt, M. [6 ]
Haselschwardt, S. J.
Hertel, S. A. [23 ,24 ]
Hogan, D. P. [9 ]
Horn, M. [14 ]
Huang, D. Q. [17 ]
Ignarra, C. M. [3 ]
Jacobsen, R. G.
Ji, W. [1 ,2 ,3 ]
Kamdin, K. [9 ]
Kazkaz, K.
Khaitan, D.
Knoche, R.
Larsen, N. A. [10 ]
Lenardo, B. G. [11 ]
Lesko, K. T.
Lindote, A. [12 ]
Lopes, M. I. [12 ]
Manalaysay, A.
Mannino, R. L. [4 ]
机构
[1] Case Western Reserve Univ, Dept Phys, 10900 Euclid Ave, Cleveland, OH 44106 USA
[2] SLAC Natl Accelerator Lab, 2575 Sand Hill Rd, Menlo Pk, CA 94205 USA
[3] Stanford Univ, Kavli Inst Particle Astrophys & Cosmol, 452 Lomita Mall, Stanford, CA 94309 USA
[4] Univ Wisconsin Madison, Dept Phys, 1150 Univ Ave, Madison, WI 53706 USA
[5] Imperial Coll London, Blackett Lab, High Energy Phys, London SW7 2BZ, England
[6] South Dakota Sch Mines & Technol, 501 East St Joseph St, Rapid City, SD 57701 USA
[7] Univ Maryland, Dept Phys, College Pk, MD 20742 USA
[8] Univ Edinburgh, Sch Phys & Astron, SUPA, Edinburgh EH9 3FD, Midlothian, Scotland
[9] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA
[10] Yale Univ, Dept Phys, 217 Prospect St, New Haven, CT 06511 USA
[11] Lawrence Livermore Natl Lab, 7000 East Ave, Livermore, CA 94551 USA
[12] Univ Coimbra, Dept Phys, LIP Coimbra, P-3004516 Coimbra, Portugal
[13] Univ South Dakota, Dept Phys, 414E Clark St, Vermillion, SD 57069 USA
[14] Sanford Underground Res Facil, South Dakota Sci & Technol Author, Lead, SD 57754 USA
[15] Penn State Univ, Dept Phys, Davey Lab 104, University Pk, PA 16802 USA
[16] Univ Calif Santa Barbara, Dept Phys, Santa Barbara, CA 93106 USA
[17] Brown Univ, Dept Phys, 182 Hope St, Providence, RI 02912 USA
[18] Univ Calif Davis, Dept Phys, One Shields Ave, Davis, CA 95616 USA
[19] Lawrence Berkeley Natl Lab, 1 Cyclotron Rd, Berkeley, CA 94720 USA
[20] Univ Rochester, Dept Phys & Astron, Rochester, NY 14627 USA
[21] SUNY Albany, Dept Phys, 1400 Washington Ave, Albany, NY 12222 USA
[22] UCL, Dept Phys & Astron, Gower St, London WC1E 6BT, England
[23] Univ Massachusetts, Amherst Ctr Fundamental Interact, Amherst, MA 01003 USA
[24] Univ Massachusetts, Dept Phys, Amherst, MA 01003 USA
[25] Texas A&M Univ, Dept Phys, College Stn, TX 77843 USA
[26] Calif State Univ Stanislaus, Dept Phys, 1 Univ Circle, Turlock, CA 95382 USA
基金
美国国家科学基金会;
关键词
LIQUID XENON; ION-PAIR; SCINTILLATION; EMISSION;
D O I
10.1103/PhysRevD.96.112011
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We report an absolute calibration of the ionization yields (Q(y)) and fluctuations for electronic recoil events in liquid xenon at discrete energies between 186 eVand 33.2 keV. The average electric field applied across the liquid xenon target is 180 V/cm. The data are obtained using low energy Xe-127 electron capture decay events from the 95.0-day first run from LUX (WS2013) in search of weakly interacting massive particles. The sequence of gamma-ray and x-ray cascades associated with I-127 deexcitations produces clearly identified two-vertex events in the LUX detector. We observe the K-(binding energy, 33.2 keV), L-(5.2 keV), M-(1.1 keV), and N-(186 eV) shell cascade events and verify that the relative ratio of observed events for each shell agrees with calculations. The N-shell cascade analysis includes single extracted electron (SE) events and represents the lowest-energy electronic recoil in situ measurements that have been explored in liquid xenon.
引用
收藏
页数:10
相关论文
共 38 条
[1]   Results on the Spin-Dependent Scattering of Weakly Interacting Massive Particles on Nucleons from the Run 3 Data of the LUX Experiment [J].
Akerib, D. S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Beltrame, P. ;
Bernard, E. P. ;
Bernstein, A. ;
Biesiadzinski, T. P. ;
Boulton, E. M. ;
Bradley, A. ;
Bramante, R. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
de Viveiros, L. ;
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. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. ;
Lenardo, B. G. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)
[2]   Improved Limits on Scattering of Weakly Interacting Massive Particles from Reanalysis of 2013 LUX Data [J].
Akerib, D. S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Beltrame, P. ;
Bernard, E. P. ;
Bernstein, A. ;
Biesiadzinski, T. P. ;
Boulton, E. M. ;
Bradley, A. ;
Bramante, R. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
de Viveiros, L. ;
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. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. ;
Lenardo, B. G. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)
[3]   Signal yields, energy resolution, and recombination fluctuations in liquid xenon [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 D, 2017, 95 (01)
[4]   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)
[5]   Tritium calibration of the LUX dark matter experiment [J].
Akerib, D. S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Beltrame, P. ;
Bernard, E. P. ;
Bernstein, A. ;
Biesiadzinski, T. P. ;
Boulton, E. M. ;
Bradley, A. ;
Bramante, R. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
de Viveiros, L. ;
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. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. ;
Lenardo, B. G. .
PHYSICAL REVIEW D, 2016, 93 (07)
[6]   Radiogenic and muon-induced backgrounds in the LUX dark matter detector [J].
Akerib, D. S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Bernard, E. ;
Bernstein, A. ;
Bradley, A. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Coffey, T. ;
Currie, A. ;
de Viveiros, L. ;
Dobi, A. ;
Dobson, J. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. ;
Faham, C. H. ;
Fiorucci, S. ;
Flores, C. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gehman, V. M. ;
Ghagi, C. ;
Gibson, K. R. ;
Gilchriese, M. G. D. ;
Hall, C. ;
Hertel, S. A. ;
Horn, M. ;
Huang, D. Q. ;
Ihm, M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Kazkaz, K. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. ;
Lindote, A. ;
Lopes, M. I. ;
Malling, D. C. ;
Mannino, R. ;
McKinsey, D. N. ;
Mei, D. -M. ;
Mock, J. ;
Moongweluwan, M. ;
Morad, J. ;
Murphy, A. Std. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 62 :33-46
[7]   First Results from the LUX Dark Matter Experiment at the Sanford Underground Research Facility [J].
Akerib, D. S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Bedikian, S. ;
Bernard, E. ;
Bernstein, A. ;
Bolozdynya, A. ;
Bradley, A. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Clark, K. ;
Coffey, T. ;
Currie, A. ;
Curioni, A. ;
Dazeley, S. ;
de Viveiros, L. ;
Dobi, A. ;
Dobson, J. ;
Dragowsky, E. M. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. ;
Faham, C. H. ;
Fiorucci, S. ;
Flores, C. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gehman, V. M. ;
Ghag, C. ;
Gibson, K. R. ;
Gilchriese, M. G. D. ;
Hall, C. ;
Hanhardt, M. ;
Hertel, S. A. ;
Horn, M. ;
Huang, D. Q. ;
Ihm, M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Kastens, L. ;
Kazkaz, K. ;
Knoche, R. ;
Kyre, S. ;
Lander, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (09)
[8]   The Large Underground Xenon (LUX) experiment [J].
Akerib, D. S. ;
Bai, X. ;
Bedikian, S. ;
Bernard, E. ;
Bernstein, A. ;
Bolozdynya, A. ;
Bradley, A. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Camp, C. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Carr, D. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. ;
Chiller, C. ;
Clark, K. ;
Classen, T. ;
Coffey, T. ;
Curioni, A. ;
Dahl, E. ;
Dazeley, S. ;
de Viveiros, L. ;
Dobi, A. ;
Dragowsky, E. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. ;
Faham, C. H. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gibson, K. R. ;
Gilchriese, M. ;
Hall, C. ;
Hanhardt, M. ;
Holbrook, B. ;
Ihm, M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Kastens, L. ;
Kazkaz, K. ;
Knoche, R. ;
Kyre, S. ;
Kwong, J. ;
Lander, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. ;
Leonard, D. S. ;
Lesko, K. T. ;
Lindote, A. ;
Lopes, M. I. ;
Lyashenko, A. ;
Malling, D. C. .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2013, 704 :111-126
[9]   Data acquisition and readout system for the LUX dark matter experiment [J].
Akerib, D. S. ;
Bai, X. ;
Bedikian, S. ;
Bernard, E. ;
Bernstein, A. ;
Bradley, A. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Carr, D. ;
Chapman, J. J. ;
Clark, K. ;
Classen, T. ;
Coffey, T. ;
Curioni, A. ;
Dazeley, S. ;
de Viveiros, L. ;
Dragowsky, M. ;
Druszkiewicz, E. ;
Faham, C. H. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gibson, K. R. ;
Hall, C. ;
Hanhardt, M. ;
Holbrook, B. ;
Ihm, M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Kastens, L. ;
Kazkaz, K. ;
Lander, R. ;
Larsen, N. ;
Lee, C. ;
Leonard, D. ;
Lesko, K. ;
Lyashenko, A. ;
Mailing, D. C. ;
Mannino, R. ;
McKinsey, D. N. ;
Mei, D. ;
Mock, J. ;
Morii, M. ;
Nelson, H. ;
Nikkel, J. A. ;
Pangilinan, M. ;
Phelps, P. ;
Shutt, T. ;
Skulski, W. ;
Sorensen, P. ;
Spaans, J. ;
Stiegler, T. .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2012, 668 :1-8
[10]  
Akerib D. S., POSITION RE IN PRESS