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Performance of an optically read out time projection chamber with ultra-relativistic electrons

机译:具有超相对论电子的光学读出时间投影室的性能

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摘要

The Time Projection Chamber (TPC) is an ideal candidate to finely study the charged particle ionization in a gaseous medium. Large volume TPCs can be readout with a suitable number of channels offering a complete 3D reconstruction of a charged particle track, that is the sequence of its energy releases in the TPC gas volume. Moreover, He-based TPCs are very promising to study keV energy particles as nuclear recoils, opening the possibility for directional searches of Dark Matter (DM) and the study of Solar Neutrinos (SN). In this paper we report the analysis of the data acquired with a small TPC prototype (named LEMOn) built by the CYGNO collaboration that was exposed to a beam of 450 MeV electrons at the Beam Test Facility of National Laboratories of Frascati. LEMOn is operated with a He-CF_4 mixture at atmospheric pressure and is based on a Gas Electron Multipliers amplification stage that produces visible light collected by the high granularity and very good sensitivity of scientific CMOS camera. This type of readout - in conjunction with a fast light detection - allows a 3D reconstruction of the electrons tracks. The electrons are leaving a trail of clusters of ionizations corresponding to a few keV energy release each. Their study leads to predict a keV energy threshold and 1-10 mm longitudinal and 0.1-0.3 mm transverse position resolution (sigma) for nuclear recoils, very promising for the application of optically read out TPC to DM searches and SN measurements.
机译:时间投影室(TPC)是精细研究气态介质中的带电粒子电离的理想候选者。大容量TPC可以用合适数量的通道读出,提供带电粒径的完整3D重建,即其能量释放的序列在TPC气体体积中。此外,基于他的TPC非常有希望研究Kev能量粒子作为核反冲,打开暗物质(DM)的定向搜索的可能性以及太阳中微子(SN)的研究。在本文中,我们报告了通过由Cygno合作建造的小型TPC原型(命名柠檬)进行的数据分析,该数据在弗拉斯卡蒂国家实验室的梁测试设施处暴露于450 MeV电子的光束。柠檬在大气压下用HE-CF_4混合物进行操作,基于气体电子乘法器放大阶段,其产生通过高粒度和科学CMOS相机的非常好的敏感性收集的可见光。这种类型的读数 - 与快速检测结合 - 允许电子轨道的3D重建。电子正在留下对应于几个KeV能量释放的电离簇的簇。他们的研究导致预测对核反冲的1-10毫米纵向和0.1-0.3mm横向位置分辨率(Sigma),非常有希望应用光学读出TPC至DM搜索和SN测量。

著录项

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  • 作者单位

    Dipartimento di Fisica Sapienza Universita di Roma Rome I-00185 Italy;

    Gran Sasso Science Institute L'Aquila I-67100 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    ENEA Centro Ricerche Frascati Prascati Rome I-00044 Italy Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Dipartimento di Fisica Sapienza Universita di Roma Rome I-00185 Italy Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Gran Sasso Science Institute L'Aquila I-67100 Italy;

    Dipartimento di Fisica Sapienza Universita di Roma Rome I-00185 Italy Universidade Federal de Juiz de Fora Juiz de Fora 36000-000 MG Brazil;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Gran Sasso Science Institute L'Aquila I-67100 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche 'Enrico Fermi' Piazza del Viminale 1 Rome I-00184 Italy Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Dipartimento di Fisica Sapienza Universita di Roma Rome I-00185 Italy Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Universidade Federal de Juiz de Fora Juiz de Fora 36000-000 MG Brazil;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma TRE Rome I-00146 Italy Dipartimento di Matematica e Fisica Universita Roma TRE Rome I-00146 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Dipartimento di Ingegneria Chimica Materiali e Ambiente Sapienza Universita di Roma Rome I-00185 Italy Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati I-00040 Italy;

    Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Rome I-00185 Italy;

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  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    TPC; MPGD; GEM; Optical readout; Tracking detector; Dark matter;

    机译:TPC;MPGD;宝石;光学读数;跟踪探测器;暗物质;

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