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Pré-publication, Document de travail Année : 2024

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
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J Aalbers
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K Abe
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L Althueser
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E Angelino
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J.R Angevaare
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D. Antón Martin
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F Arneodo
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L Baudis
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A.L Baxter
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L Bellagamba
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R Biondi
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A Bismark
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E.J Brookes
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A Brown
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R Budnik
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T.K Bui
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J.M.R Cardoso
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A.P. Cimental Chavez
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A.P Colijn
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J Conrad
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J.J Cuenca-García
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V d'Andrea
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M.P Decowski
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C Di Donato
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P Di Gangi
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K Eitel
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A Elykov
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A.D Ferella
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C Ferrari
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H Fischer
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T Flehmke
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M Flierman
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W Fulgione
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C Fuselli
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P Gaemers
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M Galloway
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F Gao
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S Ghosh
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R Glade-Beucke
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L Grandi
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J Grigat
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H Guan
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M Guida
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R Hammann
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A Higuera
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C Hils
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L Hoetzsch
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N.F Hood
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M Iacovacci
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Y Itow
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J Jakob
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F Joerg
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A Joy
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Y Kaminaga
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M Kara
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P Kavrigin
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S Kazama
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M Kobayashi
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A Kopec
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F Kuger
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H Landsman
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R.F Lang
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L Levinson
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I Li
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S Li
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Y.T Lin
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S Lindemann
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M Lindner
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K Liu
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F Lombardi
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J Long
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J.A.M Lopes
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T Luce
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Y Ma
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C Macolino
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J Mahlstedt
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A Mancuso
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L Manenti
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F Marignetti
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T Marrodán Undagoitia
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K Martens
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S Mastroianni
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A Melchiorre
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M Messina
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A Michael
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K Morå
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M Murra
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J Müller
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J Palacio
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C Peters
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J Pienaar
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M Pierre
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Z Xu
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M Yamashita
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L Yang
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J Ye
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L Yuan
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G Zavattini
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M Zhong
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T Zhu
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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.
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Dates et versions

hal-04607360, version 1 (10-06-2024)

Identifiants

Citer

E Aprile, J Aalbers, K Abe, S Ahmed Maouloud, L Althueser, et al.. Offline tagging of radon-induced backgrounds in XENON1T and applicability to other liquid xenon detectors. 2024. ⟨hal-04607360⟩
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Dernière date de mise à jour le 26/06/2024
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