Offline tagging of radon-induced backgrounds in XENON1T and applicability to other liquid xenon detectors
E Aprile
,
J Aalbers
,
K Abe
,
S Ahmed Maouloud
(1)
,
L Althueser
,
B Andrieu
(1)
,
E Angelino
,
J.R Angevaare
,
D. Antón Martin
,
F Arneodo
,
L Baudis
,
A.L Baxter
,
M Bazyk
(2)
,
L Bellagamba
,
R Biondi
,
A Bismark
,
E.J Brookes
,
A Brown
,
G Bruno
(2)
,
R Budnik
,
T.K Bui
,
J.M.R Cardoso
,
A.P. Cimental Chavez
,
A.P Colijn
,
J Conrad
,
J.J Cuenca-García
,
V d'Andrea
,
L.C Daniel Garcia
(1)
,
M.P Decowski
,
C Di Donato
,
P Di Gangi
,
S Diglio
(2)
,
K Eitel
,
A Elykov
,
A.D Ferella
,
C Ferrari
,
H Fischer
,
T Flehmke
,
M Flierman
,
W Fulgione
,
C Fuselli
,
P Gaemers
,
R Gaior
(1)
,
M Galloway
,
F Gao
,
S Ghosh
,
R Glade-Beucke
,
L Grandi
,
J Grigat
,
H Guan
,
M Guida
,
R Hammann
,
A Higuera
,
C Hils
,
L Hoetzsch
,
N.F Hood
,
M Iacovacci
,
Y Itow
,
J Jakob
,
F Joerg
,
A Joy
,
Y Kaminaga
,
M Kara
,
P Kavrigin
,
S Kazama
,
M Kobayashi
,
A Kopec
,
F Kuger
,
H Landsman
,
R.F Lang
,
L Levinson
,
I Li
,
S Li
,
S Liang
,
Y.T Lin
,
S Lindemann
,
M Lindner
,
K Liu
,
J Loizeau
(2)
,
F Lombardi
,
J Long
,
J.A.M Lopes
,
T Luce
,
Y Ma
,
C Macolino
,
J Mahlstedt
,
A Mancuso
,
L Manenti
,
F Marignetti
,
T Marrodán Undagoitia
,
K Martens
,
J Masbou
(2)
,
E Masson
(1)
,
S Mastroianni
,
A Melchiorre
,
M Messina
,
A Michael
,
K Miuchi
,
A Molinario
,
S Moriyama
,
K Morå
,
Y Mosbacher
,
M Murra
,
J Müller
,
K Ni
,
U Oberlack
,
B Paetsch
,
J Palacio
,
Y Pan
(1)
,
Q Pellegrini
(1)
,
R Peres
,
C Peters
,
J Pienaar
,
M Pierre
,
G Plante
,
T.R Pollmann
,
L Principe
(2)
,
J Qi
,
J Qin
,
D Ramírez García
,
M Rajado
,
J Shi
,
R Singh
,
L Sanchez
,
J.M.F dos Santos
,
I Sarnoff
,
G Sartorelli
,
J Schreiner
,
D Schulte
,
P Schulte
,
H. Schulze Eißing
,
M Schumann
,
L Scotto Lavina
(1)
,
M Selvi
,
F Semeria
,
P Shagin
,
S Shi
,
M Silva
,
H Simgen
,
A Takeda
,
P.-L Tan
,
A Terliuk
,
D Thers
(2)
,
F Toschi
,
G Trinchero
,
C Tunnell
,
F Tönnies
,
K Valerius
,
S Vecchi
,
S Vetter
,
G Volta
,
C Weinheimer
,
M Weiss
,
D Wenz
,
C Wittweg
,
T Wolf
,
V.H.S Wu
,
Y Xing
(2)
,
D Xu
,
Z Xu
,
M Yamashita
,
L Yang
,
J Ye
,
L Yuan
,
G Zavattini
,
M Zhong
,
T Zhu
E Aprile
- Fonction : Auteur
J Aalbers
- Fonction : Auteur
K Abe
- Fonction : Auteur
L Althueser
- Fonction : Auteur
E Angelino
- Fonction : Auteur
J.R Angevaare
- Fonction : Auteur
D. Antón Martin
- Fonction : Auteur
F Arneodo
- Fonction : Auteur
L Baudis
- Fonction : Auteur
A.L Baxter
- Fonction : Auteur
L Bellagamba
- Fonction : Auteur
R Biondi
- Fonction : Auteur
A Bismark
- Fonction : Auteur
E.J Brookes
- Fonction : Auteur
A Brown
- Fonction : Auteur
R Budnik
- Fonction : Auteur
T.K Bui
- Fonction : Auteur
J.M.R Cardoso
- Fonction : Auteur
A.P. Cimental Chavez
- Fonction : Auteur
A.P Colijn
- Fonction : Auteur
J Conrad
- Fonction : Auteur
J.J Cuenca-García
- Fonction : Auteur
V d'Andrea
- Fonction : Auteur
M.P Decowski
- Fonction : Auteur
C Di Donato
- Fonction : Auteur
P Di Gangi
- Fonction : Auteur
K Eitel
- Fonction : Auteur
A Elykov
- Fonction : Auteur
A.D Ferella
- Fonction : Auteur
C Ferrari
- Fonction : Auteur
H Fischer
- Fonction : Auteur
T Flehmke
- Fonction : Auteur
M Flierman
- Fonction : Auteur
W Fulgione
- Fonction : Auteur
C Fuselli
- Fonction : Auteur
P Gaemers
- Fonction : Auteur
M Galloway
- Fonction : Auteur
F Gao
- Fonction : Auteur
S Ghosh
- Fonction : Auteur
R Glade-Beucke
- Fonction : Auteur
L Grandi
- Fonction : Auteur
J Grigat
- Fonction : Auteur
H Guan
- Fonction : Auteur
M Guida
- Fonction : Auteur
R Hammann
- Fonction : Auteur
A Higuera
- Fonction : Auteur
C Hils
- Fonction : Auteur
L Hoetzsch
- Fonction : Auteur
N.F Hood
- Fonction : Auteur
M Iacovacci
- Fonction : Auteur
Y Itow
- Fonction : Auteur
J Jakob
- Fonction : Auteur
F Joerg
- Fonction : Auteur
A Joy
- Fonction : Auteur
Y Kaminaga
- Fonction : Auteur
M Kara
- Fonction : Auteur
P Kavrigin
- Fonction : Auteur
S Kazama
- Fonction : Auteur
M Kobayashi
- Fonction : Auteur
A Kopec
- Fonction : Auteur
F Kuger
- Fonction : Auteur
H Landsman
- Fonction : Auteur
R.F Lang
- Fonction : Auteur
L Levinson
- Fonction : Auteur
I Li
- Fonction : Auteur
S Li
- Fonction : Auteur
S Liang
- Fonction : Auteur
Y.T Lin
- Fonction : Auteur
S Lindemann
- Fonction : Auteur
M Lindner
- Fonction : Auteur
K Liu
- Fonction : Auteur
F Lombardi
- Fonction : Auteur
J Long
- Fonction : Auteur
J.A.M Lopes
- Fonction : Auteur
T Luce
- Fonction : Auteur
Y Ma
- Fonction : Auteur
C Macolino
- Fonction : Auteur
J Mahlstedt
- Fonction : Auteur
A Mancuso
- Fonction : Auteur
L Manenti
- Fonction : Auteur
F Marignetti
- Fonction : Auteur
T Marrodán Undagoitia
- Fonction : Auteur
K Martens
- Fonction : Auteur
S Mastroianni
- Fonction : Auteur
A Melchiorre
- Fonction : Auteur
M Messina
- Fonction : Auteur
A Michael
- Fonction : Auteur
K Miuchi
- Fonction : Auteur
A Molinario
- Fonction : Auteur
S Moriyama
- Fonction : Auteur
K Morå
- Fonction : Auteur
Y Mosbacher
- Fonction : Auteur
M Murra
- Fonction : Auteur
J Müller
- Fonction : Auteur
K Ni
- Fonction : Auteur
U Oberlack
- Fonction : Auteur
B Paetsch
- Fonction : Auteur
J Palacio
- Fonction : Auteur
R Peres
- Fonction : Auteur
C Peters
- Fonction : Auteur
J Pienaar
- Fonction : Auteur
M Pierre
- Fonction : Auteur
G Plante
- Fonction : Auteur
T.R Pollmann
- Fonction : Auteur
J Qi
- Fonction : Auteur
J Qin
- Fonction : Auteur
D Ramírez García
- Fonction : Auteur
M Rajado
- Fonction : Auteur
J Shi
- Fonction : Auteur
R Singh
- Fonction : Auteur
L Sanchez
- Fonction : Auteur
J.M.F dos Santos
- Fonction : Auteur
I Sarnoff
- Fonction : Auteur
G Sartorelli
- Fonction : Auteur
J Schreiner
- Fonction : Auteur
D Schulte
- Fonction : Auteur
P Schulte
- Fonction : Auteur
H. Schulze Eißing
- Fonction : Auteur
M Schumann
- Fonction : Auteur
M Selvi
- Fonction : Auteur
F Semeria
- Fonction : Auteur
P Shagin
- Fonction : Auteur
S Shi
- Fonction : Auteur
M Silva
- Fonction : Auteur
H Simgen
- Fonction : Auteur
A Takeda
- Fonction : Auteur
P.-L Tan
- Fonction : Auteur
A Terliuk
- Fonction : Auteur
F Toschi
- Fonction : Auteur
G Trinchero
- Fonction : Auteur
C Tunnell
- Fonction : Auteur
F Tönnies
- Fonction : Auteur
K Valerius
- Fonction : Auteur
S Vecchi
- Fonction : Auteur
S Vetter
- Fonction : Auteur
G Volta
- Fonction : Auteur
C Weinheimer
- Fonction : Auteur
M Weiss
- Fonction : Auteur
D Wenz
- Fonction : Auteur
C Wittweg
- Fonction : Auteur
T Wolf
- Fonction : Auteur
V.H.S Wu
- Fonction : Auteur
D Xu
- Fonction : Auteur
Z Xu
- Fonction : Auteur
M Yamashita
- Fonction : Auteur
L Yang
- Fonction : Auteur
J Ye
- Fonction : Auteur
L Yuan
- Fonction : Auteur
G Zavattini
- Fonction : Auteur
M Zhong
- Fonction : Auteur
T Zhu
- Fonction : Auteur
Résumé
This paper details the first application of a software tagging algorithm to reduce radon-induced backgrounds in liquid noble element time projection chambers, such as XENON1T and XENONnT. The convection velocity field in XENON1T was mapped out using $^{222}\text{Rn}$ and $^{218}\text{Po}$ events, and the root-mean-square convection speed was measured to be $0.30 \pm 0.01$ cm/s. Given this velocity field, $^{214}\text{Pb}$ background events can be tagged when they are followed by $^{214}\text{Bi}$ and $^{214}\text{Po}$ decays, or preceded by $^{218}\text{Po}$ decays. This was achieved by propagating a point cloud as directed by the velocity field, and searching for $^{214}\text{Bi}$ and $^{214}\text{Po}$ decays or $^{218}\text{Po}$ decays within a volume defined by the point cloud. In XENON1T, this tagging system achieved a $^{214}\text{Pb}$ background reduction of $6.2^{+0.4}_{-0.9}\%$ with an exposure loss of $1.8\pm 0.2 \%$. The tagging algorithm was also used to produce a population of tagged events with a large enhancement in the $^{214}\text{Pb}$ fraction. We show that the performance can be improved in XENONnT, and that the performance of such a software-tagging approach can be expected to be further improved in a diffusion-limited scenario. Finally, a similar method might be useful to tag the cosmogenic $^{137}\text{Xe}$ background, which is relevant to the search for neutrinoless double-beta decay.
Domaines
Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex] Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]Format du dépôt | Notice |
---|---|
Type de dépôt | Pré-publication, Document de travail |
Titre |
en
Offline tagging of radon-induced backgrounds in XENON1T and applicability to other liquid xenon detectors
|
Résumé |
en
This paper details the first application of a software tagging algorithm to reduce radon-induced backgrounds in liquid noble element time projection chambers, such as XENON1T and XENONnT. The convection velocity field in XENON1T was mapped out using $^{222}\text{Rn}$ and $^{218}\text{Po}$ events, and the root-mean-square convection speed was measured to be $0.30 \pm 0.01$ cm/s. Given this velocity field, $^{214}\text{Pb}$ background events can be tagged when they are followed by $^{214}\text{Bi}$ and $^{214}\text{Po}$ decays, or preceded by $^{218}\text{Po}$ decays. This was achieved by propagating a point cloud as directed by the velocity field, and searching for $^{214}\text{Bi}$ and $^{214}\text{Po}$ decays or $^{218}\text{Po}$ decays within a volume defined by the point cloud. In XENON1T, this tagging system achieved a $^{214}\text{Pb}$ background reduction of $6.2^{+0.4}_{-0.9}\%$ with an exposure loss of $1.8\pm 0.2 \%$. The tagging algorithm was also used to produce a population of tagged events with a large enhancement in the $^{214}\text{Pb}$ fraction. We show that the performance can be improved in XENONnT, and that the performance of such a software-tagging approach can be expected to be further improved in a diffusion-limited scenario. Finally, a similar method might be useful to tag the cosmogenic $^{137}\text{Xe}$ background, which is relevant to the search for neutrinoless double-beta decay.
|
Auteur(s) |
E Aprile
, J Aalbers
, K Abe
, S Ahmed Maouloud
1
, L Althueser
, B Andrieu
1
, E Angelino
, J.R Angevaare
, D. Antón Martin
, F Arneodo
, L Baudis
, A.L Baxter
, M Bazyk
2
, L Bellagamba
, R Biondi
, A Bismark
, E.J Brookes
, A Brown
, G Bruno
2
, R Budnik
, T.K Bui
, J.M.R Cardoso
, A.P. Cimental Chavez
, A.P Colijn
, J Conrad
, J.J Cuenca-García
, V d'Andrea
, L.C Daniel Garcia
1
, M.P Decowski
, C Di Donato
, P Di Gangi
, S Diglio
2
, K Eitel
, A Elykov
, A.D Ferella
, C Ferrari
, H Fischer
, T Flehmke
, M Flierman
, W Fulgione
, C Fuselli
, P Gaemers
, R Gaior
1
, M Galloway
, F Gao
, S Ghosh
, R Glade-Beucke
, L Grandi
, J Grigat
, H Guan
, M Guida
, R Hammann
, A Higuera
, C Hils
, L Hoetzsch
, N.F Hood
, M Iacovacci
, Y Itow
, J Jakob
, F Joerg
, A Joy
, Y Kaminaga
, M Kara
, P Kavrigin
, S Kazama
, M Kobayashi
, A Kopec
, F Kuger
, H Landsman
, R.F Lang
, L Levinson
, I Li
, S Li
, S Liang
, Y.T Lin
, S Lindemann
, M Lindner
, K Liu
, J Loizeau
2
, F Lombardi
, J Long
, J.A.M Lopes
, T Luce
, Y Ma
, C Macolino
, J Mahlstedt
, A Mancuso
, L Manenti
, F Marignetti
, T Marrodán Undagoitia
, K Martens
, J Masbou
2
, E Masson
1
, S Mastroianni
, A Melchiorre
, M Messina
, A Michael
, K Miuchi
, A Molinario
, S Moriyama
, K Morå
, Y Mosbacher
, M Murra
, J Müller
, K Ni
, U Oberlack
, B Paetsch
, J Palacio
, Y Pan
1
, Q Pellegrini
1
, R Peres
, C Peters
, J Pienaar
, M Pierre
, G Plante
, T.R Pollmann
, L Principe
2
, J Qi
, J Qin
, D Ramírez García
, M Rajado
, J Shi
, R Singh
, L Sanchez
, J.M.F dos Santos
, I Sarnoff
, G Sartorelli
, J Schreiner
, D Schulte
, P Schulte
, H. Schulze Eißing
, M Schumann
, L Scotto Lavina
1
, M Selvi
, F Semeria
, P Shagin
, S Shi
, M Silva
, H Simgen
, A Takeda
, P.-L Tan
, A Terliuk
, D Thers
2
, F Toschi
, G Trinchero
, C Tunnell
, F Tönnies
, K Valerius
, S Vecchi
, S Vetter
, G Volta
, C Weinheimer
, M Weiss
, D Wenz
, C Wittweg
, T Wolf
, V.H.S Wu
, Y Xing
2
, D Xu
, Z Xu
, M Yamashita
, L Yang
, J Ye
, L Yuan
, G Zavattini
, M Zhong
, T Zhu
1
LPNHE (UMR_7585) -
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
( 1005074 )
- Barre 12-22, 1er étage 4 Place Jussieu 75252 Paris Cedex 05
- France
2
SUBATECH -
Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées
( 1088589 )
- IMT Atlantique - Campus de Nantes - La Chantrerie - 4, rue Alfred Kastler - CS 20722 - 44307 NANTES Cedex 3
- France
|
Langue du document |
Anglais
|
Audience |
Internationale
|
Domaine(s) |
|
Collaboration/Projet |
|
Mots-clés |
en
double-beta decay, neutrinoless, xenon, liquid, background, velocity, performance, cloud, programming, off-line, time projection chamber, enhancement
|
arXiv Id | 2403.14878 |
inSPIRE HEP | 2795571 |
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