Low-mass dark matter search with the DarkSide-50 experiment

Agnes, P.; Albuquerque, I.F.M.; Alexander, T.; Alton, A.K.; Araujo, G.R.; Asner, D.M.; Ave, M.; Back, H.O.; Baldin, B.; Batignani, G.; Biery, K.; Bocci, V.; Bonfini, G.; Bonivento, W.; Bottino, B.; Budano, F.; Bussino, S.; Cadeddu, M.; Cadoni, M.; Calaprice, F.; Caminata, A.; Canci, N.; Candela, A.; Caravati, M.; Cariello, M.; Carlini, M.; Carpinelli, M.; Catalanotti, S.; Cataudella, V.; Cavalcante, P.; Cavuoti, S.; Cereseto, R.; Chepurnov, A.; Cicalò, C.; Cifarelli, L.; Cocco, A.G.; Covone, G.; D'Angelo, D.; D'Incecco, M.; D'Urso, D.; Davini, S.; De Candia, A.; De Cecco, S.; De Deo, M.; De Filippis, G.; De Rosa, G.; De Vincenzi, M.; Demontis, P.; Derbin, A.V.; Devoto, A.; Di Eusanio, F.; Di Pietro, G.; Dionisi, C.; Downing, M.; Edkins, E.; Empl, A.; Fan, A.; Fiorillo, G.; Fomenko, K.; Franco, D.; Gabriele, F.; Gabrieli, A.; Galbiati, C.; Garcia Abia, P.; Ghiano, C.; Giagu, S.; Giganti, C.; Giovanetti, G.K.; Gorchakov, O.; Goretti, A.M.; Granato, F.; Gromov, M.; Guan, M.; Guardincerri, Y.; Gulino, M.; Hackett, B.R.; Hassanshahi, M.H.; Herner, K.; Hosseini, B.; Hughes, D.; Humble, P.; Hungerford, E.V.; Ianni, A.; Ianni, A.; Ippolito, V.; James, I.; Johnson, T.N.; Kahn, Y.; Keeter, K.; Kendziora, C.L.; Kochanek, I.; Koh, G.; Korablev, D.; Korga, G.; Kubankin, A.; Kuss, M.; La Commara, M.; Lai, M.; Li, X.; Lisanti, M.; Lissia, M.; Loer, B.; Longo, G.; Ma, Y.; Machado, A.A.; Machulin, I.N.; Mandarano, A.; Mapelli, L.; Mari, S.M.; Maricic, J.; Martoff, C.J.; Messina, A.; Meyers, P.D.; Milincic, R.; Mishra-Sharma, S.; Monte, A.; Morrocchi, M.; Mount, B.J.; Muratova, V.N.; Musico, P.; Nania, R.; Navrer Agasson, A.; Nozdrina, A.O.; Oleinik, A.; Orsini, M.; Ortica, F.; Pagani, L.; Pallavicini, M.; Pandola, L.; Pantic, E.; Paoloni, E.; Pazzona, F.; Pelczar, K.; Pelliccia, N.; Pesudo, V.; Pocar, A.; Pordes, S.; Poudel, S.S.; Pugachev, D.A.; Qian, H.; Ragusa, F.; Razeti, M.; Razeto, A.; Reinhold, B.; Renshaw, A.L.; Rescigno, M.; Riffard, Q.; Romani, A.; Rossi, B.; Rossi, N.; Sablone, D.; Samoylov, O.; Sands, W.; Sanfilippo, S.; Sant, M.; Santorelli, R.; Savarese, C.; Scapparone, E.; Schlitzer, B.; Segreto, E.; Semenov, D.A.; Shchagin, A.; Sheshukov, A.; Singh, P.N.; Skorokhvatov, M.D.; Smirnov, O.; Sotnikov, A.; Stanford, C.; Stracka, S.; Suffritti, G.B.; Suvorov, Y.; Tartaglia, R.; Testera, G.; Tonazzo, A.; Trinchese, P.; Unzhakov, E.V.; Verducci, M.; Vishneva, A.; Vogelaar, B.; Wada, M.; Waldrop, T.J.; Wang, H.; Wang, Y.; Watson, A.W.; Westerdale, S.; Wojcik, M.M.; Wojcik, M.; Xiang, X.; Xiao, X.; Yang, C.; Ye, Z.; Zhu, C.; Zichichi, A.; Zuzel, G.

doi:10.1103/PhysRevLett.121.081307

We present the results of a search for dark matter weakly interacting massive particles (WIMPs) in the mass range below 20 GeV/c(2) using a target of low-radioactivity argon with a 6786.0 kg d exposure. The data were obtained using the DarkSide-50 apparatus at Laboratori Nazionali del Gran Sasso. The analysis is based on the ionization signal, for which the DarkSide-50 time projection chamber is fully efficient at 0.1 keVee. The observed rate in the detector at 0.5 keVee is about 1.5 event/keVee/kg/d and is almost entirely accounted for by known background sources. We obtain a 90% C.L. exclusion limit above 1.8 GeV/c(2) for the spin-independent cross section of dark matter WIMPs on nucleons, extending the exclusion region for dark matter below previous limits in the range 1.8-6 GeV/c(2).

Low-mass dark matter search with the DarkSide-50 experiment / P. Agnes, I.F.M. Albuquerque, T. Alexander, A.K. Alton, G.R. Araujo, D.M. Asner, M. Ave, H.O. Back, B. Baldin, G. Batignani, K. Biery, V. Bocci, G. Bonfini, W. Bonivento, B. Bottino, F. Budano, S. Bussino, M. Cadeddu, M. Cadoni, F. Calaprice, A. Caminata, N. Canci, A. Candela, M. Caravati, M. Cariello, M. Carlini, M. Carpinelli, S. Catalanotti, V. Cataudella, P. Cavalcante, S. Cavuoti, R. Cereseto, A. Chepurnov, C. Cicalò, L. Cifarelli, A.G. Cocco, G. Covone, D. D'Angelo, M. D'Incecco, D. D'Urso, S. Davini, A. De Candia, S. De Cecco, M. De Deo, G. De Filippis, G. De Rosa, M. De Vincenzi, P. Demontis, A.V. Derbin, A. Devoto, F. Di Eusanio, G. Di Pietro, C. Dionisi, M. Downing, E. Edkins, A. Empl, A. Fan, G. Fiorillo, K. Fomenko, D. Franco, F. Gabriele, A. Gabrieli, C. Galbiati, P. Garcia Abia, C. Ghiano, S. Giagu, C. Giganti, G.K. Giovanetti, O. Gorchakov, A.M. Goretti, F. Granato, M. Gromov, M. Guan, Y. Guardincerri, M. Gulino, B.R. Hackett, M.H. Hassanshahi, K. Herner, B. Hosseini, D. Hughes, P. Humble, E.V. Hungerford, A. Ianni, A. Ianni, V. Ippolito, I. James, T.N. Johnson, Y. Kahn, K. Keeter, C.L. Kendziora, I. Kochanek, G. Koh, D. Korablev, G. Korga, A. Kubankin, M. Kuss, M. La Commara, M. Lai, X. Li, M. Lisanti, M. Lissia, B. Loer, G. Longo, Y. Ma, A.A. Machado, I.N. Machulin, A. Mandarano, L. Mapelli, S.M. Mari, J. Maricic, C.J. Martoff, A. Messina, P.D. Meyers, R. Milincic, S. Mishra-Sharma, A. Monte, M. Morrocchi, B.J. Mount, V.N. Muratova, P. Musico, R. Nania, A. Navrer Agasson, A.O. Nozdrina, A. Oleinik, M. Orsini, F. Ortica, L. Pagani, M. Pallavicini, L. Pandola, E. Pantic, E. Paoloni, F. Pazzona, K. Pelczar, N. Pelliccia, V. Pesudo, A. Pocar, S. Pordes, S.S. Poudel, D.A. Pugachev, H. Qian, F. Ragusa, M. Razeti, A. Razeto, B. Reinhold, A.L. Renshaw, M. Rescigno, Q. Riffard, A. Romani, B. Rossi, N. Rossi, D. Sablone, O. Samoylov, W. Sands, S. Sanfilippo, M. Sant, R. Santorelli, C. Savarese, E. Scapparone, B. Schlitzer, E. Segreto, D.A. Semenov, A. Shchagin, A. Sheshukov, P.N. Singh, M.D. Skorokhvatov, O. Smirnov, A. Sotnikov, C. Stanford, S. Stracka, G.B. Suffritti, Y. Suvorov, R. Tartaglia, G. Testera, A. Tonazzo, P. Trinchese, E.V. Unzhakov, M. Verducci, A. Vishneva, B. Vogelaar, M. Wada, T.J. Waldrop, H. Wang, Y. Wang, A.W. Watson, S. Westerdale, M.M. Wojcik, M. Wojcik, X. Xiang, X. Xiao, C. Yang, Z. Ye, C. Zhu, A. Zichichi, G. Zuzel. - In: PHYSICAL REVIEW LETTERS. - ISSN 0031-9007. - 121:8(2018 Aug), pp. 081307.081307-1-081307.081307-8.

Low-mass dark matter search with the DarkSide-50 experiment

Agnes, P.;Albuquerque, I. F. M.;Alexander, T.;Alton, A. K.;Araujo, G. R.;Asner, D. M.;Ave, M.;Back, H. O.;Baldin, B.;Batignani, G.;Biery, K.;Bocci, V.;Bonfini, G.;Bonivento, W.;Bottino, B.;Budano, F.;Bussino, S.;Cadeddu, M.;Cadoni, M.;Calaprice, F.;Caminata, A.;Canci, N.;Candela, A.;Caravati, M.;Cariello, M.;Carlini, M.;Carpinelli, M.;Catalanotti, S.;Cataudella, V.;Cavalcante, P.;Cavuoti, S.;Cereseto, R.;Chepurnov, A.;Cicalò, C.;Cifarelli, L.;Cocco, A. G.;Covone, G.;D. D'Angelo;D'Incecco, M.;D'Urso, D.;Davini, S.;De Candia, A.;De Cecco, S.;De Deo, M.;De Filippis, G.;De Rosa, G.;De Vincenzi, M.;Demontis, P.;Derbin, A. V.;Devoto, A.;Di Eusanio, F.;Di Pietro, G.;Dionisi, C.;Downing, M.;Edkins, E.;Empl, A.;Fan, A.;Fiorillo, G.;Fomenko, K.;Franco, D.;Gabriele, F.;Gabrieli, A.;Galbiati, C.;Garcia Abia, P.;Ghiano, Chiara;Giagu, S.;Giganti, C.;Giovanetti, G. K.;Gorchakov, O.;Goretti, A. M.;Granato, F.;Gromov, M.;Guan, M.;Guardincerri, Y.;Gulino, M.;Hackett, B. R.;Hassanshahi, M. H.;Herner, K.;Hosseini, B.;Hughes, D.;Humble, P.;Hungerford, E. V.;Ianni, Al.;Ianni, An.;Ippolito, V.;James, I.;Johnson, T. N.;Kahn, Y.;Keeter, K.;Kendziora, C. L.;Kochanek, I.;Koh, G.;Korablev, D.;Korga, G.;Kubankin, A.;Kuss, M.;La Commara, M.;Lai, M.;Li, X.;Lisanti, M.;Lissia, M.;Loer, B.;Longo, G.;Ma, Y.;Machado, A. A.;Machulin, I. N.;Mandarano, A.;Mapelli, L.;Mari, S. M.;Maricic, J.;Martoff, C. J.;Messina, A.;Meyers, P. D.;Milincic, R.;Mishra-Sharma, S.;Monte, A.;Morrocchi, M.;Mount, B. J.;Muratova, V. N.;Musico, P.;Nania, R.;Navrer Agasson, A.;Nozdrina, A. O.;Oleinik, A.;Orsini, M.;Ortica, F.;Pagani, L.;Pallavicini, M.;Pandola, L.;Pantic, E.;Paoloni, E.;Pazzona, F.;Pelczar, K.;Pelliccia, N.;Pesudo, V.;Pocar, A.;Pordes, S.;Poudel, S. S.;Pugachev, D. A.;Qian, H.;F. Ragusa;Razeti, M.;Razeto, A.;Reinhold, B.;Renshaw, A. L.;Rescigno, M.;Riffard, Q.;Romani, A.;Rossi, B.;Rossi, N.;Sablone, D.;Samoylov, O.;Sands, W.;Sanfilippo, S.;Sant, M.;Santorelli, R.;Savarese, C.;Scapparone, E.;Schlitzer, B.;Segreto, E.;Semenov, D. A.;Shchagin, A.;Sheshukov, A.;Singh, P. N.;Skorokhvatov, M. D.;Smirnov, O.;Sotnikov, A.;Stanford, C.;Stracka, S.;Suffritti, G. B.;Suvorov, Y.;Tartaglia, R.;Testera, G.;Tonazzo, A.;Trinchese, P.;Unzhakov, E. V.;Verducci, M.;Vishneva, A.;Vogelaar, B.;Wada, M.;Waldrop, T. J.;Wang, H.;Wang, Y.;Watson, A. W.;Westerdale, S.;Wojcik, M. M.;Wojcik, M.;Xiang, X.;Xiao, X.;Yang, C.;Ye, Z.;Zhu, C.;Zichichi, A.;Zuzel, G.

2018

Abstract

We present the results of a search for dark matter weakly interacting massive particles (WIMPs) in the mass range below 20 GeV/c(2) using a target of low-radioactivity argon with a 6786.0 kg d exposure. The data were obtained using the DarkSide-50 apparatus at Laboratori Nazionali del Gran Sasso. The analysis is based on the ionization signal, for which the DarkSide-50 time projection chamber is fully efficient at 0.1 keVee. The observed rate in the detector at 0.5 keVee is about 1.5 event/keVee/kg/d and is almost entirely accounted for by known background sources. We obtain a 90% C.L. exclusion limit above 1.8 GeV/c(2) for the spin-independent cross section of dark matter WIMPs on nucleons, extending the exclusion region for dark matter below previous limits in the range 1.8-6 GeV/c(2).

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	Parole chiave
	
				argon; capture; simulations; constraints; ionization; galaxies; AR-39
			
	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo
	
				Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
			
	Data di pubblicazione
	
				ago-2018
			
	Rivista in ANCE
	
				PHYSICAL REVIEW LETTERS
			
	DOI
	
				https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.081307
			
	Tipologia
	
				Article (author)
			
	Appare nelle tipologie:
	
				01 - Articolo su periodico

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