Low-energy calibration of XENON1T with an internal $$^{{\textbf {37}}}$$Ar source
Authors: 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. ,   XENON Collaboration
Published: June 2023

AbstractA low-energy electronic recoil calibration of XENON1T, a dual-phase xenon time projection chamber, with an internal $${}^{37}$$

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 ($$32.3\,\pm \,0.3$$

32.3

±

0.3

) photons/keV and ($$40.6\,\pm \,0.5$$

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 ($$68.0^{+6.3}_{-3.7}$$

68
.

0

-
3.7

+
6.3

) electrons/keV. The $${}^{37}$$

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 ($$2.83\,\pm \,0.02$$

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 $${}^{37}$$

37

Ar can be considered as a regular calibration source for multi-tonne xenon detectors.