Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50

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.; Cariello, M.; Carlini, M.; Carpinelli, M.; Catalanotti, S.; Cataudella, V.; Cavalcante, P.; Cavuoti, S.; Chepurnov, A.; Cicalo, C.; Cocco, A.G.; 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.; Gorchakov, O.; Goretti, A.M.; Grobov, A.; Gromov, M.; Guan, M.; Guardincerri, Y.; Gulino, M.; Hackett, B.R.; Herner, K.; Hosseini, B.; Hubaut, F.; Hungerford, E.V.; Ianni, A.; Ippolito, V.; Keeter, K.; Kendziora, C.L.; Kochanek, I.; Korablev, D.; Korga, G.; Kubankin, A.; Kuss, M.; La Commara, M.; Lai, M.; Li, X.; Lissia, M.; Longo, G.; Machulin, I.N.; Mapelli, L.P.; Mari, S.M.; Maricic, J.; Martoff, C.J.; Messina, A.; Meyers, P.D.; Milincic, R.; Morrocchi, M.; Mougeot, X.; Muratova, V.N.; Musico, P.; Navrer Agasson, A.; Nozdrina, A.O.; Oleinik, A.; Ortica, F.; Pagani, L.; Pallavicini, M.; Pandola, L.; Pantic, E.; Paoloni, E.; Pelczar, K.; Pelliccia, N.; Picciau, E.; Pocar, A.; Pordes, S.; Poudel, S.S.; Pralavorio, P.; Ragusa, F.; Razeti, M.; Razeto, A.; Renshaw, A.L.; Rescigno, M.; Rode, J.; Romani, A.; Sablone, D.; Samoylov, O.; Sands, W.; Sanfilippo, S.; 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.

doi:10.1103/PhysRevD.104.082005

DarkSide-50 has demonstrated the high potential of dual-phase liquid argon time projection chambers in exploring interactions of WIMPs in the GeV/c2 mass range. The technique, based on the detection of the ionization signal amplified via electroluminescence in the gas phase, allows us to explore recoil energies down to the sub-keV range. We report here on the DarkSide-50 measurement of the ionization yield of electronic recoils down to ∼180 eVer, exploiting Ar37 and Ar39 decays, and extrapolated to a few ionization electrons with the Thomas-Imel box model. Moreover, we present a model-dependent determination of the ionization response to nuclear recoils down to ∼500 eVnr, the lowest ever achieved in liquid argon, using in situ neutron calibration sources and external datasets from neutron beam experiments.

Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50 / P. Agnes, I.F.M. Albuquerque, T. Alexander, A.K. Alton, M. Ave, H.O. Back, G. Batignani, K. Biery, V. Bocci, W.M. Bonivento, B. Bottino, S. Bussino, M. Cadeddu, M. Cadoni, F. Calaprice, A. Caminata, N. Canci, M. Caravati, M. Cariello, M. Carlini, M. Carpinelli, S. Catalanotti, V. Cataudella, P. Cavalcante, S. Cavuoti, A. Chepurnov, C. Cicalo, A.G. Cocco, G. Covone, D. D'Angelo, S. Davini, A. De Candia, S. De Cecco, G. De Filippis, G. De Rosa, A.V. Derbin, A. Devoto, M. D'Incecco, C. Dionisi, F. Dordei, M. Downing, D. D'Urso, G. Fiorillo, D. Franco, F. Gabriele, C. Galbiati, C. Ghiano, C. Giganti, G.K. Giovanetti, O. Gorchakov, A.M. Goretti, A. Grobov, M. Gromov, M. Guan, Y. Guardincerri, M. Gulino, B.R. Hackett, K. Herner, B. Hosseini, F. Hubaut, E.V. Hungerford, A. Ianni, V. Ippolito, K. Keeter, C.L. Kendziora, I. Kochanek, D. Korablev, G. Korga, A. Kubankin, M. Kuss, M. La Commara, M. Lai, X. Li, M. Lissia, G. Longo, I.N. Machulin, L.P. Mapelli, S.M. Mari, J. Maricic, C.J. Martoff, A. Messina, P.D. Meyers, R. Milincic, M. Morrocchi, X. Mougeot, V.N. Muratova, P. Musico, A. Navrer Agasson, A.O. Nozdrina, A. Oleinik, F. Ortica, L. Pagani, M. Pallavicini, L. Pandola, E. Pantic, E. Paoloni, K. Pelczar, N. Pelliccia, E. Picciau, A. Pocar, S. Pordes, S.S. Poudel, P. Pralavorio, F. Ragusa, M. Razeti, A. Razeto, A.L. Renshaw, M. Rescigno, J. Rode, A. Romani, D. Sablone, O. Samoylov, W. Sands, S. Sanfilippo, C. Savarese, B. Schlitzer, D.A. Semenov, A. Shchagin, A. Sheshukov, M.D. Skorokhvatov, O. Smirnov, A. Sotnikov, S. Stracka, Y. Suvorov, R. Tartaglia, G. Testera, A. Tonazzo, E.V. Unzhakov, A. Vishneva, R.B. Vogelaar, M. Wada, H. Wang, Y. Wang, S. Westerdale, M.M. Wojcik, X. Xiao, C. Yang, G. Zuzel. - In: PHYSICAL REVIEW D. - ISSN 2470-0010. - 104:8(2021 Oct 08), pp. A3.082005-1-A3.082005-12. [10.1103/PhysRevD.104.082005]

Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50

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.;Cariello M.;Carlini M.;Carpinelli M.;Catalanotti S.;Cataudella V.;Cavalcante P.;Cavuoti S.;Chepurnov A.;Cicalo C.;Cocco A. G.;Covone G.;D. D'Angelo;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.;Gorchakov O.;Goretti A. M.;Grobov A.;Gromov M.;Guan M.;Guardincerri Y.;Gulino M.;Hackett B. R.;Herner K.;Hosseini B.;Hubaut F.;Hungerford E. V.;Ianni A.;Ippolito V.;Keeter K.;Kendziora C. L.;Kochanek I.;Korablev D.;Korga G.;Kubankin A.;Kuss M.;La Commara M.;Lai M.;Li X.;Lissia M.;Longo G.;Machulin I. N.;Mapelli L. P.;Mari S. M.;Maricic J.;Martoff C. J.;Messina A.;Meyers P. D.;Milincic R.;Morrocchi M.;Mougeot X.;Muratova V. N.;Musico P.;Navrer Agasson A.;Nozdrina A. O.;Oleinik A.;Ortica F.;Pagani L.;Pallavicini M.;Pandola L.;Pantic E.;Paoloni E.;Pelczar K.;Pelliccia N.;Picciau E.;Pocar A.;Pordes S.;Poudel S. S.;Pralavorio P.;F. Ragusa;Razeti M.;Razeto A.;Renshaw A. L.;Rescigno M.;Rode J.;Romani A.;Sablone D.;Samoylov O.;Sands W.;Sanfilippo S.;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.

2021

Abstract

DarkSide-50 has demonstrated the high potential of dual-phase liquid argon time projection chambers in exploring interactions of WIMPs in the GeV/c2 mass range. The technique, based on the detection of the ionization signal amplified via electroluminescence in the gas phase, allows us to explore recoil energies down to the sub-keV range. We report here on the DarkSide-50 measurement of the ionization yield of electronic recoils down to ∼180 eVer, exploiting Ar37 and Ar39 decays, and extrapolated to a few ionization electrons with the Thomas-Imel box model. Moreover, we present a model-dependent determination of the ionization response to nuclear recoils down to ∼500 eVnr, the lowest ever achieved in liquid argon, using in situ neutron calibration sources and external datasets from neutron beam experiments.

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Scheda completa (DC)

	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo
	
			Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
		
	Data di pubblicazione
	
			8-ott-2021
		
	Rivista in ANCE
	
			PHYSICAL REVIEW D
		
	DOI
	
			https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.104.082005
		
	Tipologia
	
			Article (author)
		
	Appare nelle tipologie:
	
			01 - Articolo su periodico

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