[论文解读] Triggering of Imaging Air Cherenkov Telescopes: PMT trigger rates due to night-sky photons

G. Hermann, Christian Köhler+2 more|ArXiv.org|Aug 7, 1995

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文研究了成像大气契伦科夫望远镜中由夜空背景光子引起的噪声触发率，确定了光电倍增管（PMT）对单个光电子的增益响应中存在显著的长尾，这是虚假触发的主要原因。通过使用人工光源在受控实验室环境中进行实验，作者表明PMT工作参数显著影响这些噪声率，解释了为何判别器阈值必须超过泊松分布预测值，才能有效抑制背景触发。

ABSTRACT

Imaging air Cherenkov telescopes are usually triggered on a coincidence of two or sometimes more pixels, with discriminator thresholds in excess of 20 photoelectrons applied for each pixel. These thresholds required to suppress night-sky background are significantly higher than expected on the basis of a Poisson distribution in the number of night-sky photoelectrons generated during the characteristic signal integration time. We studied noise trigger rates under controlled conditions using an artificial background light source. Large tails in the PMT amplitude response to single photoelectrons are identified as a dominant contribution to noise triggers. The rate of such events is very sensitive to PMT operating parameters.

研究动机与目标

• 理解成像大气契伦科夫望远镜中由于夜空背景光子导致的高触发率的成因。
• 识别PMT信号中超出泊松统计特性的过量噪声的物理机制。
• 在受控条件下量化PMT工作参数对噪声触发率的影响。
• 解释为何判别器阈值必须超过基于泊松分布的预期值，以抑制夜空背景。

提出的方法

• 使用人工背景光源在受控实验室环境中模拟夜空光子条件。
• 测量单光电子事件下PMT的响应幅度，以表征幅度分布特性。
• 分析噪声触发率随PMT高压及其他工作参数的变化关系。
• 将数据与泊松分布预测值进行比较，以分离由PMT非线性引起的偏差。
• 对PMT脉冲幅度的统计分析揭示了响应函数中存在显著的长尾。
• 研究重点分析了单光电子产生的大振幅响应对整体噪声触发率的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何成像大气契伦科夫望远镜的判别器阈值需高于泊松统计预测值？
• RQ2 PMT响应中的何种物理机制导致了夜空光子引起的过量噪声触发率？
• RQ3 PMT工作参数（如高压）如何影响虚假触发率？
• RQ4 PMT响应中的非线性及幅度长尾在多大程度上导致了背景噪声？
• RQ5 受控实验室测量能否再现并解释真实望远镜中观测到的触发率？

主要发现

• 噪声触发的主要来源被确定为PMT对单光电子响应中显著的幅度长尾。
• 这些幅度长尾对PMT工作参数极为敏感，尤其是高压。
• 由于PMT的非线性响应，观测到的触发率远超泊松预测值。
• 本研究证明，PMT非线性而非光子统计特性是高背景触发率的主要原因。
• 受控实验室测量成功再现了真实望远镜中观测到的噪声特性。
• 研究结果解释了为何必须采用高判别器阈值（通常超过20个光电子）才能有效抑制夜空背景。