Search for low-mass dark matter WIMPs with 12 ton-day exposure of DarkSide-50

Autor: Agnes, P., Albuquerque, I.F.M., Alexander, T., Alton, A.K., Ave, M., Back, H.O., Batignani, G., Biery, K., Bocci, V., Bonivento, W.M., Bottino, B., Bussino, S., Cadeddu, M., Cadoni, M., Calaprice, F., Caminata, A., Campos, M.D., Canci, N., Caravati, M., Cariello, M., Carlini, M., Carpinelli, M., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Chashin, S., Chepurnov, A., Cicalò, C., Covone, G., d'Angelo, D., Davini, S., de Candia, A., de Cecco, S., de Filippis, G., de Rosa, G., Derbin, A.V., Devoto, A., d'Incecco, M., Dionisi, C., Dordei, F., Downing, M., d'Urso, D., Fairbairn, M., Fiorillo, G., Franco, D., Gabriele, F., Galbiati, C., Ghiano, C., Giganti, C., Giovanetti, G.K., Goretti, A.M., Di Cortona, G. Grilli, Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Gulino, M., Hackett, B.R., Herner, K., Hessel, T., Hosseini, B., Hubaut, F., Hungerford, E.V., Ianni, An., Ippolito, V., Keeter, K., Kendziora, C.L., Kimura, M., Kochanek, I., Korablev, D., Korga, G., Kubankin, A., Kuss, M., La Commara, M., Lai, M., Li, X., Lissia, M., Longo, G., Lychagina, O., Machulin, I.N., Mapelli, L.P., Mari, S.M., Maricic, J., Martoff, C.J., Messina, A., Milincic, R., Monroe, J., Morrocchi, M., Mougeot, X., Muratova, V.N., Musico, P., Nozdrina, A.O., Oleinik, A., Ortica, F., Pagani, L., Pallavicini, M., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Pelczar, K., Pelliccia, N., Piacentini, S., Picciau, E., Pocar, A., Poehlmann, D.M., Pordes, S., Poudel, S.S., Pralavorio, P., Price, D.D., Ragusa, F., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A.L., Rescigno, M., Rode, J., Romani, A., Sablone, D., Samoylov, O., Sands, W., Sanfilippo, S., Sanford, E., Savarese, C., Schlitzer, B., Semenov, D.A., Shchagin, A., Sheshukov, A., Skorokhvatov, M.D., Smirnov, O., Sotnikov, A., Stracka, S., Suvorov, Y., Tartaglia, R., Testera, G., Tonazzo, A., Unzhakov, E.V., Vishneva, A., Vogelaar, R.B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wojcik, M.M., Xiao, X., Yang, C., Zuzel, G.
Přispěvatelé: Agnes, P., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alton, A. K., Ave, M., Back, H. O., Batignani, G., Biery, K., Bocci, V., Bonivento, W. M., Bottino, B., Bussino, S., Cadeddu, M., Cadoni, M., Calaprice, F., Caminata, A., Canci, N., Caravati, M., Cargioli, N., Cariello, M., Carlini, M., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Chashin, S., Chepurnov, A., Cicalò, C., Covone, G., D’Angelo, D., Davini, S., De Candia, A., De Cecco, S., De Filippis, G., De Rosa, G., Derbin, A. V., Devoto, A., D’Incecco, M., Dionisi, C., Dordei, F., Downing, M., D’Urso, D., Fiorillo, G., Franco, D., Gabriele, F., Galbiati, C., Ghiano, C., Giganti, C., Giovanetti, G. K., Goretti, A. M., Grilli di Cortona, G., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Gulino, M., Hackett, B. R., Herner, K., Hessel, T., Hosseini, B., Hubaut, F., Hungerford, E. V., Ianni, An., Ippolito, V., Keeter, K., Kendziora, C. L., Kimura, M., Kochanek, I., Korablev, D., Korga, G., Kubankin, A., Kuss, M., La Commara, M., Lai, M., Li, X., Lissia, M., Longo, G., Lychagina, O., Machulin, I. N., Mapelli, L. P., Mari, S. M., Maricic, J., Messina, A., Milincic, R., Monroe, J., Morrocchi, M., Mougeot, X., Muratova, V. N., Musico, P., Nozdrina, A. O., Oleinik, A., Ortica, F., Pagani, L., Pallavicini, M., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Pelczar, K., Pelliccia, N., Piacentini, S., Pocar, A., Poehlmann, D. M., Pordes, S., Poudel, S. S., Pralavorio, P., Price, D. D., Ragusa, F., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A. L., Rescigno, M., Rode, J., Romani, A., Sablone, D., Samoylov, O., Sands, W., Sanfilippo, S., Sandford, E., Savarese, C., Schlitzer, B., Semenov, D. A., Shchagin, A., Sheshukov, A., Skorokhvatov, M. D., Smirnov, O., Sotnikov, A., Stracka, S., Suvorov, Y., Tartaglia, R., Testera, G., Tonazzo, A., Unzhakov, E. V., Vishneva, A., Vogelaar, R. B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wojcik, M. M., Xiao, X., Yang, C., Zuzel, G., Royal Holloway [University of London] (RHUL), Universidade de São Paulo = University of São Paulo (USP), Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), University of South Dakota [Vermillion] (USD), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Pisa] (INFN), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Sezione di Roma 1] (INFN), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Cagliari (INFN, Sezione di Cagliari), Università degli studi di Genova = University of Genoa (UniGe), Princeton University, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova (INFN, Sezione di Genova), Gran Sasso Science Institute, INFN, University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II, Virginia Tech [Blacksburg], D.V. Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics (SINP), Lomonosov Moscow State University (MSU), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano (INFN), Università degli Studi di Cagliari = University of Cagliari (UniCa), University of Massachusetts System (UMASS), Università degli Studi di Sassari = University of Sassari [Sassari] (UNISS), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli (INFN, Sezione di Napoli), AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE (UMR_7585)), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INFN Frascati, Institute of Molecular Genetics of National Research Centre «Kurchatov Institute» [Moscow, Russia], Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS), Institute of High Energy Physics [Beijing] (IHEP), Chinese Academy of Sciences [Changchun Branch] (CAS), Università degli Studi di Enna ' KORE ' = Kore University of Enna, Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Houston, Black Hills State University, Nicolaus Copernicus Astronomical Cente (AstroCeNT), Joint Institute for Nuclear Research (JINR), Belgorod National Research University, University of California [Los Angeles] (UCLA), University of California (UC), University of Hawai'i [Hilo], Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), Département Métrologie Instrumentation & Information (DM2I), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département d'instrumentation Numérique (DIN (CEA-LIST)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Università degli Studi di Perugia = University of Perugia (UNIPG), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania (INFN), Università degli studi di Catania = University of Catania (Unict), INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, University of Massachusetts [Amherst] (UMass Amherst), University of Manchester [Manchester], Università degli Studi di Milano = University of Milan (UNIMI), Università degli Studi Roma Tre = Roma Tre University (ROMA TRE), Moscow State Engineering Physics Institute (MEPhI), Università degli Studi di Roma 'La Sapienza' = Sapienza University [Rome] (UNIROMA), Nicolaus Copernicus Astronomical Center (AstroCENT), Uniwersytet Jagielloński w Krakowie = Jagiellonian University (UJ), SCOAP, DarkSide-50, HEP, INSPIRE
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
WIMP nucleon: scattering
data analysis method
Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO)
dark matter: interaction
[PHYS.HEXP] Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]
dark matter interaction
background: model
FOS: Physical sciences
WIMP: mass
WIMP nucleon scattering
spin: dependence
Detector calibration
WIMP: dark matter
spin dependence
argon: target
dark matter
High Energy Physics - Experiment
High Energy Physics - Experiment (hep-ex)
[PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]
detector: calibration
[PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]
cross section: upper limit
instrumentation
detector
mass dependence
Gran Sasso
WIMP mass
radioactivity
argon
[PHYS.ASTR] Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]
[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]
experimental results
Astrophysics - Cosmology and Nongalactic Astrophysics
Zdroj: Physical Review
Physical Review D
Physical Review D, 2023, 107 (6), pp.063001. ⟨10.1103/PhysRevD.107.063001⟩
Phys.Rev.D
Phys.Rev.D, 2023, 107 (6), pp.063001
ISSN: 1550-7998
1550-2368
DOI: 10.1103/PhysRevD.107.063001
Popis: We report on the search for dark matter WIMPs in the mass range below 10 GeV/c$^2$, from the analysis of the entire dataset acquired with a low-radioactivity argon target by the DarkSide-50 experiment at LNGS. The new analysis benefits from more accurate calibration of the detector response, improved background model, and better determination of systematic uncertainties, allowing us to accurately model the background rate and spectra down to 0.06 keV$_{er}$. A 90% C.L. exclusion limit for the spin-independent cross section of 3 GeV/c$^2$ mass WIMP on nucleons is set at 6$\times$10$^{-43}$ cm$^2$, about a factor 10 better than the previous DarkSide-50 limit. This analysis extends the exclusion region for spin-independent dark matter interactions below the current experimental constraints in the $[1.2, 3.6]$ GeV/c$^2$ WIMP mass range.
11 pages, 12 figures
Databáze: OpenAIRE
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