Constraints on Sub-GeV Dark-Matter-Electron Scattering from 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.; Picciau, E.; 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.121.111303

We present new constraints on sub-GeV dark-matter particles scattering off electrons based on 6780.0 kg d of data collected with the DarkSide-50 dual-phase argon time projection chamber. This analysis uses electroluminescence signals due to ionized electrons extracted from the liquid argon target. The detector has a very high trigger probability for these signals, allowing for an analysis threshold of three extracted electrons, or approximately 0.05 keVee. We calculate the expected recoil spectra for dark matterelectron scattering in argon and, under the assumption of momentum-independent scattering, improve upon existing limits from XENON10 for dark-matter particles with masses between 30 and 100 MeV/c(2).

Constraints on Sub-GeV Dark-Matter-Electron Scattering from 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, E. Picciau, 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. - 121:11(2018 Sep), pp. 111303.111303-1-111303.111303-7.

Constraints on Sub-GeV Dark-Matter-Electron Scattering from 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, 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, 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.;Picciau, E.;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 new constraints on sub-GeV dark-matter particles scattering off electrons based on 6780.0 kg d of data collected with the DarkSide-50 dual-phase argon time projection chamber. This analysis uses electroluminescence signals due to ionized electrons extracted from the liquid argon target. The detector has a very high trigger probability for these signals, allowing for an analysis threshold of three extracted electrons, or approximately 0.05 keVee. We calculate the expected recoil spectra for dark matterelectron scattering in argon and, under the assumption of momentum-independent scattering, improve upon existing limits from XENON10 for dark-matter particles with masses between 30 and 100 MeV/c(2).

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	Parole chiave
	
			Liquid argon; xenon; candidates; particles; existence; AR-39
		
	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo
	
			Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
		
	Data di pubblicazione
	
			set-2018
		
	Rivista in ANCE
	
			PHYSICAL REVIEW LETTERS
		
	DOI
	
			https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.111303
		
	Tipologia
	
			Article (author)
		
	Appare nelle tipologie:
	
			01 - Articolo su periodico

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