Cover Image

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

Fuente: arXiv

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	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.
Format:	Preprint
Published:	2025
Subjects:	Instrumentation and Detectors High Energy Physics - Experiment
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866915464406368256
author	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.
author_facet	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.
contents	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.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2508_19117
institution	arXiv
publishDate	2025
record_format	arxiv
spellingShingle	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. Instrumentation and Detectors High Energy Physics - Experiment 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.
title	Flow-dependent tagging of $^{214}$Pb decays in the LZ dark matter detector
topic	Instrumentation and Detectors High Energy Physics - Experiment
url	https://arxiv.org/abs/2508.19117