Low-energy calibration of XENON1T with an internal $$^{{\textbf {37}}}$$Ar source

Aprile, E.; Abe, K.; Agostini, F.; Ahmed Maouloud, S.; Alfonsi, M.; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Angevaare, J. R.; Antochi, V. C.; Antón Martin, D.; Arneodo, F.; Baudis, L.; Baxter, A. L.; Bellagamba, L.; Biondi, R.; Bismark, A.; Brown, A.; Bruenner, S.; Bruno, G.; Budnik, R.; Bui, T. K.; Cai, C.; Capelli, C.; Cardoso, J. M. R.; Cichon, D.; Colijn, A. P.; Conrad, J.; Cuenca-García, J. J.; Cussonneau, J. P.; D'Andrea, V.; Decowski, M. P.; Di Gangi, P.; Di Pede, S.; Diglio, S.; Eitel, K.; Elykov, A.; Farrell, S.; Ferella, A. D.; Ferrari, C.; Fischer, H.; Fulgione, W.; Gaemers, P.; Gaior, R.; Gallo Rosso, A.; Galloway, M.; Gao, F.; Glade-Beucke, R.; Grandi, L.; Grigat, J.; Guida, M.; Hammann, R.; Higuera, A.; Hils, C.; Hoetzsch, L.; Howlett, J.; Iacovacci, M.; Itow, Y.; Jakob, J.; Joerg, F.; Joy, A.; Kato, N.; Kara, M.; Kavrigin, P.; Kazama, S.; Kobayashi, M.; Koltman, G.; Kopec, A.; Kuger, F.; Landsman, H.; Lang, R. F.; Levinson, L.; Li, I.; Li, S.; Liang, S.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Liu, K.; Loizeau, J.; Lombardi, F.; Long, J.; Lopes, J. A. M.; Ma, Y.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Mancuso, A.; Manenti, L.; Marignetti, F.; Marrodán Undagoitia, T.; Martens, K.; Masbou, J.; Masson, D.; Masson, E.; Mastroianni, S.; Messina, M.; Miuchi, K.; Mizukoshi, K.; Molinario, A.; Moriyama, S.; Morå, K.; Mosbacher, Y.; Murra, M.; Müller, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Paetsch, B.; Palacio, J.; Peres, R.; Peters, C.; Pienaar, J.; Pierre, M.; Pizzella, V.; Plante, G.; Qi, J.; Qin, J.; Ramírez García, D.; Reichard, S.; Rocchetti, A.; Rupp, N.; Sanchez, L.; Sanchez-Lucas, P.; Santos, J. M. F. dos; Sarnoff, I.; Sartorelli, G.; Schreiner, J.; Schulte, D.; Schulte, P.; Schulze Eißing, H.; Schumann, M.; Lavina, L. Scotto; Selvi, M.; Semeria, F.; Shagin, P.; Shi, S.; Shockley, E.; Silva, M.; Simgen, H.; Takeda, A.; Tan, P. -L.; Terliuk, A.; Thers, D.; Toschi, F.; Trinchero, G.; Tunnell, C.; Tönnies, F.; Valerius, K.; Volta, G.; Weinheimer, C.; Weiss, M.; Wenz, D.; Wittweg, C.; Wolf, T.; Xu, D.; Xu, Z.; Yamashita, M.; Yang, L.; Ye, J.; Yuan, L.; Zavattini, G.; Zerbo, S.; Zhong, M.; Zhu, T.; Geppert, C.; Riemer, J.; Null, Null

doi:10.1140/epjc/s10052-023-11512-z

A low-energy electronic recoil calibration of XENON1T, a dual-phase xenon time projection chamber, with an internal 37 Ar source was performed. This calibration source features a 35-day half-life and provides two mono-energetic lines at 2.82 keV and 0.27 keV. The photon yield and electron yield at 2.82 keV are measured to be (32.3±0.3) photons/keV and (40.6±0.5) electrons/keV, respectively, in agreement with other measurements and with NEST predictions. The electron yield at 0.27 keV is also measured and it is (68.0-3.7+6.3) electrons/keV. The 37 Ar calibration confirms that the detector is well-understood in the energy region close to the detection threshold, with the 2.82 keV line reconstructed at (2.83±0.02) keV, which further validates the model used to interpret the low-energy electronic recoil excess previously reported by XENON1T. The ability to efficiently remove argon with cryogenic distillation after the calibration proves that 37 Ar can be considered as a regular calibration source for multi-tonne xenon detectors.

Low-energy calibration of XENON1T with an internal $$^{{\textbf {37}}}$$Ar source / Aprile, E.; Abe, K.; Agostini, F.; Ahmed Maouloud, S.; Alfonsi, M.; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Angevaare, J. R.; Antochi, V. C.; Antón Martin, D.; Arneodo, F.; Baudis, L.; Baxter, A. L.; Bellagamba, L.; Biondi, R.; Bismark, A.; Brown, A.; Bruenner, S.; Bruno, G.; Budnik, R.; Bui, T. K.; Cai, C.; Capelli, C.; Cardoso, J. M. R.; Cichon, D.; Colijn, A. P.; Conrad, J.; Cuenca-García, J. J.; Cussonneau, J. P.; D'Andrea, V.; Decowski, M. P.; Di Gangi, P.; Di Pede, S.; Diglio, S.; Eitel, K.; Elykov, A.; Farrell, S.; Ferella, A. D.; Ferrari, C.; Fischer, H.; Fulgione, W.; Gaemers, P.; Gaior, R.; Gallo Rosso, A.; Galloway, M.; Gao, F.; Glade-Beucke, R.; Grandi, L.; Grigat, J.; Guida, M.; Hammann, R.; Higuera, A.; Hils, C.; Hoetzsch, L.; Howlett, J.; Iacovacci, M.; Itow, Y.; Jakob, J.; Joerg, F.; Joy, A.; Kato, N.; Kara, M.; Kavrigin, P.; Kazama, S.; Kobayashi, M.; Koltman, G.; Kopec, A.; Kuger, F.; Landsman, H.; Lang, R. F.; Levinson, L.; Li, I.; Li, S.; Liang, S.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Liu, K.; Loizeau, J.; Lombardi, F.; Long, J.; Lopes, J. A. M.; Ma, Y.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Mancuso, A.; Manenti, L.; Marignetti, F.; Marrodán Undagoitia, T.; Martens, K.; Masbou, J.; Masson, D.; Masson, E.; Mastroianni, S.; Messina, M.; Miuchi, K.; Mizukoshi, K.; Molinario, A.; Moriyama, S.; Morå, K.; Mosbacher, Y.; Murra, M.; Müller, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Paetsch, B.; Palacio, J.; Peres, R.; Peters, C.; Pienaar, J.; Pierre, M.; Pizzella, V.; Plante, G.; Qi, J.; Qin, J.; Ramírez García, D.; Reichard, S.; Rocchetti, A.; Rupp, N.; Sanchez, L.; Sanchez-Lucas, P.; Santos, J. M. F. dos; Sarnoff, I.; Sartorelli, G.; Schreiner, J.; Schulte, D.; Schulte, P.; Schulze Eißing, H.; Schumann, M.; Lavina, L. Scotto; Selvi, M.; Semeria, F.; Shagin, P.; Shi, S.; Shockley, E.; Silva, M.; Simgen, H.; Takeda, A.; Tan, P. -L.; Terliuk, A.; Thers, D.; Toschi, F.; Trinchero, G.; Tunnell, C.; Tönnies, F.; Valerius, K.; Volta, G.; Weinheimer, C.; Weiss, M.; Wenz, D.; Wittweg, C.; Wolf, T.; Xu, D.; Xu, Z.; Yamashita, M.; Yang, L.; Ye, J.; Yuan, L.; Zavattini, G.; Zerbo, S.; Zhong, M.; Zhu, T.; Geppert, C.; Riemer, J.; Null, Null. - In: EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS. - ISSN 1434-6052. - 83:6(2023). [10.1140/epjc/s10052-023-11512-z]