论文标题

首先在CERN NETRINO平台的光束测试中的Protodune-S-SP液体时间投影室性能

First results on ProtoDUNE-SP liquid argon time projection chamber performance from a beam test at the CERN Neutrino Platform

论文作者

DUNE Collaboration, Abi, B., Abud, A. Abed, Acciarri, R., Acero, M. A., Adamov, G., Adamowski, M., Adams, D., Adrien, P., Adinolfi, M., Ahmad, Z., Ahmed, J., Alion, T., Monsalve, S. Alonso, Alt, C., Anderson, J., Andreopoulos, C., Andrews, M. P., Andrianala, F., Andringa, S., Ankowski, A., Antonova, M., Antusch, S., Aranda-Fernandez, A., Ariga, A., Arnold, L. O., Arroyave, M. A., Asaadi, J., Aurisano, A., Aushev, V., Autiero, D., Azfar, F., Back, H., Back, J. J., Backhouse, C., Baesso, P., Bagby, L., Bajou, R., Balasubramanian, S., Baldi, P., Baller, B., Bambah, B., Barao, F., Barenboim, G., Barker, G. J., Barkhouse, W., Barnes, C., Barr, G., Monarca, J. Barranco, Barros, N., Barrow, J. L., Bashyal, A., Basque, V., Bay, F., Alba, J. L. Bazo, Beacom, J. F., Bechetoille, E., Behera, B., Bellantoni, L., Bellettini, G., Bellini, V., Beltramello, O., Belver, D., Benekos, N., Neves, F. Bento, Berger, J., Berkman, S., Bernardini, P., Berner, R. M., Berns, H., Bertolucci, S., Betancourt, M., Bezawada, Y., Bhattacharjee, M., Bhuyan, B., Biagi, S., Bian, J., Biassoni, M., Biery, K., Bilki, B., Bishai, M., Bitadze, A., Blake, A., Siffert, B. Blanco, Blaszczyk, F. D. M., Blazey, G. C., Blucher, E., Boissevain, J., Bolognesi, S., Bolton, T., Bonesini, M., Bongrand, M., Bonini, F., Booth, A., Booth, C., Bordoni, S., Borkum, A., Boschi, T., Bostan, N., Bour, P., Boyd, S. B., Boyden, D., Bracinik, J., Braga, D., Brailsford, D., Brandt, A., Bremer, J., Brew, C., Brianne, E., Brice, S. J., Brizzolari, C., Bromberg, C., Brooijmans, G., Brooke, J., Bross, A., Brunetti, G., Buchanan, N., Budd, H., Caiulo, D., Calafiura, P., Calcutt, J., Calin, M., Calvez, S., Calvo, E., Camilleri, L., Caminata, A., Campanelli, M., Caratelli, D., Carini, G., Carlus, B., Carniti, P., Terrazas, I. Caro, Carranza, H., Castillo, A., Castromonte, C., Cattadori, C., Cavalier, F., Cavanna, F., Centro, S., Cerati, G., Cervelli, A., Villanueva, A. Cervera, Chalifour, M., Chang, C., Chardonnet, E., Charitonidis, N., Chatterjee, A., Chattopadhyay, S., Chatzidaki, P., Chaves, J., Chen, H., Chen, M., Chen, Y., Cherdack, D., Chi, C., Childress, S., Chiriacescu, A., Cho, K., Choubey, S., Christensen, A., Christian, D., Christodoulou, G., Church, E., Clarke, P., Coan, T. E., Cocco, A. G., Coelho, J. A. B., Conley, E., Conrad, J. M., Convery, M., Corwin, L., Cotte, P., Cremaldi, L., Cremonesi, L., Crespo-Anadón, J. I., Cristaldo, E., Cross, R., Cuesta, C., Cui, Y., Cussans, D., Dabrowski, M., da Motta, H., Peres, L. Da Silva, David, C., David, Q., Davies, G. S., Davini, S., Dawson, J., De, K., De Almeida, R. M., Debbins, P., De Bonis, I., Decowski, M. P., de Gouvêa, A., De Holanda, P. C., Astiz, I. L. De Icaza, Deisting, A., De Jong, P., Delbart, A., Delepine, D., Delgado, M., Dell'Acqua, A., De Lurgio, P., Neto, J. R. T. de Mello, DeMuth, D. M., Dennis, S., Densham, C., Deptuch, G., De Roeck, A., De Romeri, V., De Vries, J. J., Dharmapalan, R., Dias, M., Diaz, F., Díaz, J. S., Di Domizio, S., Di Giulio, L., Ding, P., Di Noto, L., Distefano, C., Diurba, R., Diwan, M., Djurcic, Z., Dokania, N., Dolinski, M. J., Domine, L., Douglas, D., Drake, G., Drielsma, F., Duchesneau, D., Duffy, K., Dunne, P., Durkin, T., Duyang, H., Dvornikov, O., Dwyer, D. A., Dyshkant, A. S., Eads, M., Edmunds, D., Eisch, J., Emery, S., Ereditato, A., Escobar, C. O., Sanchez, L. Escudero, Evans, J. J., Ewart, E., Ezeribe, A. C., Fabre, C., Fahey, K., Falcone, A., Farnese, C., Farzan, Y., Felix, J., Fernandez-Martinez, E., Menendez, P. Fernandez, Ferraro, F., Fields, L., Filkins, A., Filthaut, F., Fitzpatrick, R. S., Flanagan, W., Fleming, B., Flight, R., Fowler, J., Fox, W., Franc, J., Francis, K., Franco, D., Freeman, J., Freestone, J., Fried, J., Friedland, A., Fuess, S., Furic, I., Furmanski, A. P., Gago, A., Gallagher, H., Gallego-Ros, A., Gallice, N., Galymov, V., Gamberini, E., Gamble, T., Gandhi, R., Gandrajula, R., Gao, S., Garcia-Gamez, D., García-Peris, M. Á., Gardiner, S., Gastler, D., Ge, G., Gelli, B., Gendotti, A., Gent, S., Ghorbani-Moghaddam, Z., Gibin, D., Gil-Botella, I., Girerd, C., Giri, A. K., Gnani, D., Gogota, O., Gold, M., Gollapinni, S., Gollwitzer, K., Gomes, R. A., Bermeo, L. V. Gomez, Fajardo, L. S. Gomez, Gonnella, F., Gonzalez-Cuevas, J. A., Goodman, M. C., Goodwin, O., Goswami, S., Gotti, C., Goudzovski, E., Grace, C., Graham, M., Gramellini, E., Gran, R., Granados, E., Grant, A., Grant, C., Gratieri, D., Green, P., Green, S., Greenler, L., Greenwood, M., Greer, J., Griffith, W. C., Groh, M., Grudzinski, J., Grzelak, K., Gu, W., Guarino, V., Guenette, R., Guglielmi, A., Guo, B., Guthikonda, K. K., Gutierrez, R., Guzowski, P., Guzzo, M. M., Gwon, S., Haaf, K., Habig, A., Hackenburg, A., Hadavand, H., Haenni, R., Hahn, A., Haigh, J., Haiston, J., Hamernik, T., Hamilton, P., Han, J., Harder, K., Harris, D. A., Hartnell, J., Hasegawa, T., Hatcher, R., Hazen, E., Heavey, A., Heeger, K. M., Heise, J., Hennessy, K., Henry, S., Morquecho, M. A. Hernandez, Herner, K., Hertel, L., Hesam, A. S., Hewes, V, Higuera, A., Hill, T., Hillier, S. J., Himmel, A., Hoff, J., Hohl, C., Holin, A., Hoppe, E., Horton-Smith, G. A., Hostert, M., Hourlier, A., Howard, B., Howell, R., Hrivnak, J., Huang, J., Huang, J., Hugon, J., Iles, G., Ilic, N., Iliescu, A. M., Illingworth, R., Ioannisian, A., Itay, R., Izmaylov, A., James, E., Jargowsky, B., Jediny, F., Jesùs-Valls, C., Ji, X., Jiang, L., Jiménez, S., Jipa, A., Joglekar, A., Johnson, C., Johnson, R., Jones, B., Jones, S., Jung, C. K., Junk, T., Jwa, Y., Kabirnezhad, M., Kaboth, A., Kadenko, I., Kamiya, F., Karagiorgi, G., Karcher, A., Karolak, M., Karyotakis, Y., Kasai, S., Kasetti, S. P., Kashur, L., Kazaryan, N., Kearns, E., Keener, P., Kelly, K. J., Kemp, E., Kendziora, C., Ketchum, W., Kettell, S. H., Khabibullin, M., Khotjantsev, A., Khvedelidze, A., Kim, D., King, B., Kirby, B., Kirby, M., Klein, J., Koehler, K., Koerner, L. W., Kohn, S., Koller, P. P., Kordosky, M., Kosc, T., Kose, U., Kostelecký, V. A., Kothekar, K., Krennrich, F., Kreslo, I., Kudenko, Y., Kudryavtsev, V. A., Kulagin, S., Kumar, J., Kumar, R., Kuruppu, C., Kus, V., Kutter, T., Lacarelle, B., Lambert, A., Lande, K., Lane, C. E., Lang, K., Langford, T., Lasorak, P., Last, D., Lastoria, C., Laundrie, A., Lawrence, A., Lazanu, I., LaZur, R., Le, T., Learned, J., LeBrun, P., Miotto, G. Lehmann, Lehnert, R., de Oliveira, M. A. Leigui, Leitner, M., Leyton, M., Li, L., Li, S., Li, S. W., Li, T., Li, Y., Liao, H., Lin, C. S., Lin, S., Lister, A., Littlejohn, B. R., Liu, J., Liu, T., Lockwitz, S., Loew, T., Lokajicek, M., Lomidze, I., Long, K., Loo, K., Lorca, D., Lord, T., LoSecco, J. M., Louis, W. C., Luk, K. B., Luo, X., Lurkin, N., Lux, T., Luzio, V. P., MacFarland, D., Machado, A. A., Machado, P., Macias, C. T., Macier, J. R., Maddalena, A., Madigan, P., Magill, S., Mahn, K., Maio, A., Maloney, J. A., Mandrioli, G., Maneira, J., Manenti, L., Manly, S., Mann, A., Manolopoulos, K., Plata, M. Manrique, Marchionni, A., Marciano, W., Marfatia, D., Mariani, C., Maricic, J., Marinho, F., Marino, A. D., Marshak, M., Marshall, C., Marshall, J., Marteau, J., Martin-Albo, J., Martinez, N., Caicedo, D. A. Martinez, Martynenko, S., Mason, K., Mastbaum, A., Masud, M., Matsuno, S., Matthews, J., Mauger, C., Mauri, N., Mavrokoridis, K., Mazza, R., Mazzacane, A., Mazzucato, E., McCluskey, E., McConkey, N., McFarland, K. S., McGrew, C., McNab, A., Mefodiev, A., Mehta, P., Melas, P., Mellinato, M., Mena, O., Menary, S., Mendez, H., Menegolli, A., Meng, G., Messier, M. D., Metcalf, W., Mewes, M., Meyer, H., Miao, T., Michna, G., Miedema, T., Migenda, J., Milincic, R., Miller, W., Mills, J., Milne, C., Mineev, O., Miranda, O. G., Miryala, S., Mishra, C. S., Mishra, S. R., Mislivec, A., Mladenov, D., Mocioiu, I., Moffat, K., Moggi, N., Mohanta, R., Mohayai, T. A., Mokhov, N., Molina, J., Bueno, L. Molina, Montanari, A., Montanari, C., Montanari, D., Zetina, L. M. Montano, Moon, J., Mooney, M., Moor, A., Moreno, D., Morgan, B., Morris, C., Mossey, C., Motuk, E., Moura, C. A., Mousseau, J., Mu, W., Mualem, L., Mueller, J., Muether, M., Mufson, S., Muheim, F., Muir, A., Mulhearn, M., Muramatsu, H., Murphy, S., Musser, J., Nachtman, J., Nagu, S., Nalbandyan, M., Nandakumar, R., Naples, D., Narita, S., Navas-Nicolás, D., Nayak, N., Nebot-Guinot, M., Necib, L., Negishi, K., Nelson, J. K., Nesbit, J., Nessi, M., Newbold, D., Newcomer, M., Newhart, D., Nichol, R., Niner, E., Nishimura, K., Norman, A., Norrick, A., Northrop, R., Novella, P., Nowak, J. A., Oberling, M., Del Campo, A. Olivares, Olivier, A., Onel, Y., Onishchuk, Y., Ott, J., Pagani, L., Pakvasa, S., Palamara, O., Palestini, S., Paley, J. M., Pallavicini, M., Palomares, C., Pantic, E., Paolone, V., Papadimitriou, V., Papaleo, R., Papanestis, A., Paramesvaran, S., Parke, S., Parsa, Z., Parvu, M., Pascoli, S., Pasqualini, L., Pasternak, J., Pater, J., Patrick, C., Patrizii, L., Patterson, R. B., Patton, S. J., Patzak, T., Paudel, A., Paulos, B., Paulucci, L., Pavlovic, Z., Pawloski, G., Payne, D., Pec, V., Peeters, S. J. M., Penichot, Y., Pennacchio, E., Penzo, A., Peres, O. L. G., Perry, J., Pershey, D., Pessina, G., Petrillo, G., Petta, C., Petti, R., Piastra, F., Pickering, L., Pietropaolo, F., Pillow, J., Pinzino, J., Plunkett, R., Poling, R., Pons, X., Poonthottathil, N., Pordes, S., Potekhin, M., Potenza, R., Potukuchi, B. V. K. S., Pozimski, J., Pozzato, M., Prakash, S., Prakash, T., Prince, S., Prior, G., Pugnere, D., Qi, K., Qian, X., Raaf, J. L., Raboanary, R., Radeka, V., Rademacker, J., Radics, B., Rafique, A., Raguzin, E., Rai, M., Rajaoalisoa, M., Rakhno, I., Rakotondramanana, H. T., Rakotondravohitra, L., Ramachers, Y. A., Rameika, R., Delgado, M. A. Ramirez, Ramson, B., Rappoldi, A., Raselli, G., Ratoff, P., Ravat, S., Razafinime, H., Real, J. S., Rebel, B., Redondo, D., Reggiani-Guzzo, M., Rehak, T., Reichenbacher, J., Reitzner, S. D., Renshaw, A., Rescia, S., Resnati, F., Reynolds, A., Riccobene, G., Rice, L. C. J., Rielage, K., Rigamonti, A., Rigaut, Y., Rivera, D., Rochester, L., Roda, M., Rodrigues, P., Alonso, M. J. Rodriguez, Rondon, J. Rodriguez, Roeth, A. J., Rogers, H., Rosauro-Alcaraz, S., Rosenthal, M., Rossella, M., Rout, J., Roy, S., Rubbia, A., Rubbia, C., Russell, B., Russell, J., Ruterbories, D., Saakyan, R., Sacerdoti, S., Safford, T., Sahu, N., Sala, P., Salukvadze, G., Samios, N., Sanchez, M. C., Sanders, D. A., Sankey, D., Santana, S., Santos-Maldonado, M., Saoulidou, N., Sapienza, P., Sarasty, C., Sarcevic, I., Savage, G., Savinov, V., Scaramelli, A., Scarff, A., Scarpelli, A., Schellman, H., Schlabach, P., Schmitz, D., Scholberg, K., Schukraft, A., Segreto, E., Seltskaya, E., Sensenig, J., Seong, I., Sergi, A., Sergiampietri, F., Sgalaberna, D., Shaevitz, M. H., Shafaq, S., Shamma, M., Sharma, H. R., Sharma, R., Shaw, T., Shepherd-Themistocleous, C., Shin, S., Shooltz, D., Shrock, R., Simard, L., Simos, N., Sinclair, J., Sinev, G., Singh, J., Singh, J., Singh, V., Sipos, R., Sippach, F. W., Sirri, G., Sitraka, A., Siyeon, K., Smargianaki, D., Smith, A., Smith, A., Smith, E., Smith, P., Smolik, J., Smy, M., Snopok, P., Nunes, M. Soares, Sobel, H., Soderberg, M., Salinas, C. J. Solano, Söldner-Rembold, S., Solomey, N., Solovov, V., Sondheim, W. E., Sorel, M., Soto-Oton, J., Sousa, A., Soustruznik, K., Spagliardi, F., Spanu, M., Spitz, J., Spooner, N. J. C., Spurgeon, K., Staley, R., Stancari, M., Stanco, L., Stefan, D., Steiner, H. M., Stewart, J., Stillwell, B., Stock, J., Stocker, F., Stokes, T., Strait, M., Strauss, T., Striganov, S., Stuart, A., Sulej, R., Summers, D., Surdo, A., Susic, V., Suter, L., Sutera, C. M., Svoboda, R., Szczerbinska, B., Szelc, A. M., Talaga, R., Tanaka, H. A., Oregui, B. Tapia, Tapper, A., Tariq, S., Tatar, E., Tayloe, R., Teklu, A. M., Tenti, M., Terao, K., Ternes, C. A., Terranova, F., Testera, G., Thea, A., Thompson, J. L., Thorn, C., Timm, S. C., Tonazzo, A., Torti, M., Tortola, M., Tortorici, F., Totani, D., Toups, M., Touramanis, C., Trevor, J., Trzaska, W. H., Tsai, Y. T., Tsamalaidze, Z., Tsang, K. V., Tsverava, N., Tufanli, S., Tull, C., Tyley, E., Tzanov, M., Uchida, M. A., Urheim, J., Usher, T., Vagins, M. R., Vahle, P., Valdiviesso, G. A., Valencia, E., Vallari, Z., Valle, J. W. F., Vallecorsa, S., Van Berg, R., Van de Water, R. G., Forero, D. Vanegas, Varanini, F., Vargas, D., Varner, G., Vasel, J., Vasseur, G., Vaziri, K., Ventura, S., Verdugo, A., Vergani, S., Vermeulen, M. A., Verzocchi, M., de Souza, H. Vieira, Vignoli, C., Vilela, C., Viren, B., Vrba, T., Wachala, T., Waldron, A. V., Wallbank, M., Wang, H., Wang, J., Wang, Y., Wang, Y., Warburton, K., Warner, D., Wascko, M., Waters, D., Watson, A., Weatherly, P., Weber, A., Weber, M., Wei, H., Weinstein, A., Wenman, D., Wetstein, M., While, M. R., White, A., Whitehead, L. H., Whittington, D., Wilking, M. J., Wilkinson, C., Williams, Z., Wilson, F., Wilson, R. J., Wolcott, J., Wongjirad, T., Wood, K., Wood, L., Worcester, E., Worcester, M., Wret, C., Wu, W., Wu, W., Xiao, Y., Yang, G., Yang, T., Yershov, N., Yonehara, K., Young, T., Yu, B., Yu, H. W., Yu, H. Z., Yu, J., Yu, Z. Y., Zaki, R., Zalesak, J., Zambelli, L., Zamorano, B., Zani, A., Zazueta, L., Zeller, G. P., Zennamo, J., Zeug, K., Zhang, C., Zhao, M., Zhivun, E., Zhu, G., Zimmerman, E. D., Zito, M., Zucchelli, S., Zuklin, J., Zutshi, V., Zwaska, R.

论文摘要

Protodune-SP检测器是单相液体氩时间投影室,有效体积为$ 7.2 \ times 6.0 \ times 6.9 $ m $^3 $。它安装在CERN Neutrino平台上的特殊构造的光束,该光束可提供带有电荷的Pions,Kaons,Protons,Muons和Electron的Momenta,范围为0.3 GEV $/C $/C $至7 GEV/$ C $。梁线仪器提供准确的动量测量和粒子识别。 Protodune-SP探测器是深地下中微子实验的第一个远探测器模块的原型,它结合了为该模块设计的全尺寸组件。本文描述了梁线,时间投影室,光子检测器,宇宙射线标记器,信号处理和粒子重建。它介绍了Protodune-SP的性能的第一个结果,包括噪声和增益测量值,$ de/dx $用于MUONS,质子,质子和电子的校准,漂移电子寿命测量以及光子检测器噪声,信号灵敏度和时间分辨率测量值。在某些情况下,测得的值满足或超过沙丘远处检测器的规格。 Protodune-SP从2018年开始的成功操作及其生产大量高质量数据样本证明了单相远探测器设计的有效性。

The ProtoDUNE-SP detector is a single-phase liquid argon time projection chamber with an active volume of $7.2\times 6.0\times 6.9$ m$^3$. It is installed at the CERN Neutrino Platform in a specially-constructed beam that delivers charged pions, kaons, protons, muons and electrons with momenta in the range 0.3 GeV$/c$ to 7 GeV/$c$. Beam line instrumentation provides accurate momentum measurements and particle identification. The ProtoDUNE-SP detector is a prototype for the first far detector module of the Deep Underground Neutrino Experiment, and it incorporates full-size components as designed for that module. This paper describes the beam line, the time projection chamber, the photon detectors, the cosmic-ray tagger, the signal processing and particle reconstruction. It presents the first results on ProtoDUNE-SP's performance, including noise and gain measurements, $dE/dx$ calibration for muons, protons, pions and electrons, drift electron lifetime measurements, and photon detector noise, signal sensitivity and time resolution measurements. The measured values meet or exceed the specifications for the DUNE far detector, in several cases by large margins. ProtoDUNE-SP's successful operation starting in 2018 and its production of large samples of high-quality data demonstrate the effectiveness of the single-phase far detector design.

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