Background, calibration, and validation simulations for SBC dark matter and reactor CEvNS experiments
Notice bibliographique
Résumé
The Scintillating Bubble Chamber (SBC) Collaboration plans to use liquid noble bubble chambers in rare event searches such as nuclear recoils from dark matter and neutrino scattering. Bubble chambers are particle detectors that use liquid above its boiling point in a "superheated" state in order to detect particle interactions. When a particle deposits energy inside the detector, the liquid boils, and a bubble forms. Liquid noble bubble chambers have unique potential as a scalable, low-background, low-energy nuclear recoil detector. Dark matter refers to yet undetected matter that is predicted to comprise most of the mass in the universe based on astronomical observations. SBC has plans to operate reactor neutrino experiments in the future. With the goal of being sensitive to 100 eV nuclear recoils, there is considerable potential for discovery for these experiments. SBC is constructing two 10-kg liquid argon bubble chambers, one to be deployed at Fermi National Accelerator Lab (Fermilab) and the other to be deployed in the SNOLAB underground facility (an expansion of the Sudbury Neutrino Observatory). The Fermilab chamber is a full-scale prototype designed for tests and calibrations, including a novel gamma nucleus elastic scattering calibration. The calibration is required to infer a dark matter sensitivity of the detector. The chamber at SNOLAB will conduct a dark matter search deep-underground with low cosmic radiation. This thesis focuses on the gamma-ray backgrounds and calibration for the SBC experiment. This includes simulations of inner shell electron ionization and nuclear recoils from gamma-rays to understand the detection of environmental radiation and predict the rate at which this radiation is detected. These inner shell ionization simulations helped to confirm a mechanism for electronic recoil backgrounds previously observed in PICO chambers and has implications for future experiments. I developed a high statistics method for simulating nuclear recoils from gamma-rays to inform the shielding design of SBC and design a calibration plan. A simulated calibration is performed to determine the best calibration sources to use and predict the accuracy that can be achieved with a realistic calibration campaign. SBC has a target of 20% or lower uncertainty on the detector threshold for a near-term dark matter search and a target of 5% or lower uncertainty on the detector threshold for a reactor neutrino experiment. The results from the simulated calibration suggest both targets are achievable and estimate the systematic uncertainties required to meet those targets.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».