Flow-dependent tagging of $^{214}$Pb decays in the LZ dark matter detector

Aalbers, J.; Akerib, D. S.; Musalhi, A. K. Al; Alder, F.; Amarasinghe, C. S.; Ames, A.; Anderson, T. J.; Angelides, N.; Araújo, H. M.; Armstrong, J. E.; Arthurs, M.; Baker, A.; Balashov, S.; Bang, J.; Bargemann, J. W.; Barillier, E. E.; Beattie, K.; Benson, T.; Bhatti, A.; Biesiadzinski, T. P.; Birch, H. J.; Bishop, E.; Blockinger, G. M.; Boxer, B.; Brew, C. A. J.; Brás, P.; Burdin, S.; Carmona-Benitez, M. C.; Carter, M.; Chawla, A.; Chen, H.; Chin, Y. T.; Chott, N. I.; Converse, M. V.; Coronel, R.; Cottle, A.; Cox, G.; Curran, D.; Dahl, C. E.; Darlington, I.; Dave, S.; David, A.; Delgaudio, J.; Dey, S.; de Viveiros, L.; Di Felice, L.; Ding, C.; Dobson, J. E. Y.; Druszkiewicz, E.; Dubey, S.; Dunbar, C. L.; Eriksen, S. R.; Fan, A.; Fearon, N. M.; Fieldhouse, N.; Fiorucci, S.; Flaecher, H.; Fraser, E. D.; Fruth, T. M. A.; Gaitskell, R. J.; Geffre, A.; Genovesi, J.; Ghag, C.; Ghosh, A.; Gibbons, R.; Gokhale, S.; Green, J.; van der Grinten, M. G. D.; Haiston, J. J.; Hall, C. R.; Hall, T.; Han, S.; Hartigan-O'Connor, E.; Haselschwardt, S. J.; Hernandez, M. A.; Hertel, S. A.; Homenides, G. J.; Horn, M.; Huang, D. Q.; Hunt, D.; Jacquet, E.; James, R. S.; K, M. K.; Kaboth, A. C.; Kamaha, A. C.; Khaitan, D.; Khazov, A.; Kim, J.; Kim, Y. D.; Kingston, J.; Kirk, R.; Kodroff, D.; Korolkova, E. V.; Kraus, H.; Kravitz, S.; Kreczko, L.; Kudryavtsev, V. A.; Lawes, C.; Leonard, D. S.; Lesko, K. T.; Levy, C.; Lin, J.; Lindote, A.; Lippincott, W. H.; Long, J.; Lopes, M. I.; Lorenzon, W.; Lu, C.; Luitz, S.; Majewski, P. A.; Manalaysay, A.; Mannino, R. L.; Maupin, C.; McCarthy, M. E.; McDowell, G.; McKinsey, D. N.; McLaughlin, J.; Mclaughlin, J. B.; McMonigle, R.; Mitra, B.; Mizrachi, E.; Monzani, M. E.; Morrison, E.; Mount, B. J.; Murdy, M.; Murphy, A. St. J.; Nelson, H. N.; Neves, F.; Nguyen, A.; O'Brien, C. L.; Olcina, I.; Oliver-Mallory, K. C.; Orpwood, J.; Oyulmaz, K. Y; Palladino, K. J.; Palmer, J.; Pannifer, N. J.; Parveen, N.; Patton, S. J.; Penning, B.; Pereira, G.; Perry, E.; Pershing, T.; Piepke, A.; Poudel, S. S.; Qie, Y.; Reichenbacher, J.; Rhyne, C. A.; Rischbieter, G. R. C.; Ritchey, E.; Riyat, H. S.; Rosero, R.; Rushton, T.; Rynders, D.; Santone, D.; Sazzad, A. B. M. R.; Schnee, R. W.; Sehr, G.; Shafer, B.; Shaw, S.; Shi, K.; Shutt, T.; Silk, J. J.; Silva, C.; Sinev, G.; Siniscalco, J.; Slivar, A. M.; Smith, R.; Solovov, V. N.; Sorensen, P.; Soria, J.; Stancu, I.; Stevens, A.; Sumner, T. J.; Swain, A.; Szydagis, M.; Tiedt, D. R.; Timalsina, M.; Tong, Z.; Tovey, D. R.; Tranter, J.; Trask, M.; Tripathi, M.; Usón, A.; Vaitkus, A. C.; Valentino, O.; Velan, V.; Wang, A.; Wang, J. J.; Wang, Y.; Weeldreyer, L.; Whitis, T. J.; Wild, K.; Williams, M.; Wisniewski, W. J.; Wolf, L.; Wolfs, F. L. H.; Woodford, S.; Woodward, D.; Wright, C. J.; Xia, Q.; Xu, J.; Xu, Y.; Yeh, M.; Yeum, D.; Zha, W.; Zhang, H.; Zhang, T.

物理学 > 仪器与探测器

arXiv:2508.19117 (physics)

[提交于 2025年8月26日 ]

标题：基于流的$^{214}$铅衰变在LZ暗物质探测器中的标记

标题： Flow-dependent tagging of $^{214}$Pb decays in the LZ dark matter detector

Authors:J. Aalbers, D.S. Akerib, A.K. Al Musalhi, F. Alder, C.S. Amarasinghe, A. Ames, T.J. Anderson, N. Angelides, H.M. Araújo, J.E. Armstrong, M. Arthurs, A. Baker, S. Balashov, J. Bang, J.W. Bargemann, E.E. Barillier, K. Beattie, T. Benson, A. Bhatti, T.P. Biesiadzinski, H.J. Birch, E. Bishop, G.M. Blockinger, B. Boxer, C.A.J. Brew, P. Brás, S. Burdin, M.C. Carmona-Benitez, M. Carter, A. Chawla, H. Chen, Y.T. Chin, N.I. Chott, M.V. Converse, R. Coronel, A. Cottle, G. Cox, D. Curran, C.E. Dahl, I. Darlington, S. Dave, A. David, J. Delgaudio, S. Dey, L. de Viveiros, L. Di Felice, C. Ding, J.E.Y. Dobson, E. Druszkiewicz, S. Dubey, C.L. Dunbar, S.R. Eriksen, A. Fan, N.M. Fearon, N. Fieldhouse, S. Fiorucci, H. Flaecher, E.D. Fraser, T.M.A. Fruth, R.J. Gaitskell, A. Geffre, J. Genovesi, C. Ghag, A. Ghosh, R. Gibbons, S. Gokhale, J. Green, M.G.D.van der Grinten, J.J. Haiston, C.R. Hall, T. Hall, S. Han, E. Hartigan-O'Connor, S.J. Haselschwardt, M.A. Hernandez, S.A. Hertel, G.J. Homenides, M. Horn, D.Q. Huang, D. Hunt, E. Jacquet, R.S. James, M.K. K, A.C. Kaboth, A.C. Kamaha, D. Khaitan, A. Khazov, J. Kim, Y.D. Kim, J. Kingston, R. Kirk, D. Kodroff, E.V. Korolkova, H. Kraus, S. Kravitz, L. Kreczko, V.A. Kudryavtsev, C. Lawes, D.S. Leonard, K.T. Lesko et al. (108 additional authors not shown)

摘要： LUX-ZEPLIN（LZ）实验正在液氙时间投影室（LXe-TPC）中寻找暗物质相互作用。本文展示了如何控制LXe-TPC中的流态，以识别一系列的α衰变对，这些衰变对用于映射液态目标中的流体流动和离子漂移。所得到的输运模型用于标记$^{214}$铅β衰变，这是LZ中暗物质信号的主要背景。在付出9.0%的曝光量成本的情况下，随时间变化的体积选择可针对每个$^{214}$铅原子在生成后81分钟内的衰变，从而实现（63 $\pm$6$_{\mathrm{stat}}$ $\pm$ 7$_{\mathrm{sys}}$）%的$^{214}$铅衰变到基态的识别。我们还展示了基于流的标记技术如何实现一种与科学数据同时进行的新校准侧带。

摘要： The LUX-ZEPLIN (LZ) experiment is searching for dark matter interactions in a liquid xenon time projection chamber (LXe-TPC). This article demonstrates how control of the flow state in the LXe-TPC enables the identification of pairs of sequential alpha-decays, which are used to map fluid flow and ion drift in the liquid target. The resulting transport model is used to tag $^{214}$Pb beta-decays, a leading background to dark matter signals in LZ. Temporally evolving volume selections, at a cost of 9.0% of exposure, target the decay of each $^{214}$Pb atom up to 81 minutes after production, resulting in (63 $\pm$ 6$_{\mathrm{stat}}$ $\pm$ 7$_{\mathrm{sys}}$)% identification of $^{214}$Pb decays to ground state. We also demonstrate how flow-based tagging techniques enable a novel calibration side band that is concurrent with science data.

评论：	21页，15图
主题：	仪器与探测器 (physics.ins-det) ; 高能物理 - 实验 (hep-ex)
引用方式：	arXiv:2508.19117 [physics.ins-det]
	(或者 arXiv:2508.19117v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
	https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.19117

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来自： Jacob McLaughlin [查看电子邮件]
[v1] 星期二， 2025 年 8 月 26 日 15:19:21 UTC (3,414 KB)

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