Sensitivity projections for a dual-phase argon TPC optimized for light dark matter searches through the ionization channel

Dark matter lighter than <math display="inline"><mrow><mn>10</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>GeV</mi><mo>/</mo><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup></mrow></math> enc...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores principales: Agnes, P., Ahmad, I., Albergo, S., Albuquerque, I.F.M., Alexander, T., Alton, A.K., Amaudruz, P., Atzori Corona, M., Auty, D.J., Ave, M., Avetisov, I.Ch., Avetisov, R.I., Azzolini, O., Back, H.O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Barrado Olmedo, A., Barrillon, P., Basco, A., Batignani, G., Berzin, E., Bondar, A., Bonivento, W.M., Borisova, E., Bottino, B., Boulay, M.G., Buccino, G., Bussino, S., Busto, J., Buzulutskov, A., Cadeddu, M., Cadoni, M., Caminata, A., Canci, N., Capra, A., Caprioli, S., Caravati, M., Cárdenas-Montes, M., Cargioli, N., Carlini, M., Castello, P., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Cebrian, S., Cela Ruiz, J.M., Chashin, S., Chepurnov, A., Chyhyrynets, E., Cicalò, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Cocco, V., Conde Vilda, E., Consiglio, L., Copello, S., Covone, G., Cross, S., Czubak, M., Czudak, P., D'Aniello, M., D'Auria, S., Da Rocha Rolo, M.D., Dadoun, O., Daniel, M., Davini, S., De Candia, A., De Cecco, S., De Falco, A., De Filippis, G., De Gruttola, D., De Pasquale, S., De Rosa, G., Dellacasa, G., Derbin, A.V., Devoto, A., Di Capua, F., Di Noto, L., Di Stefano, P., Dionisi, C., Dolganov, G., Dordei, F., Doria, L., Erjavec, T., Fernandez Diaz, M., Fiorillo, G., Franceschi, A., Franchini, P., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Gahan, D., Galbiati, C., Gallina, G., Gallus, G., Garbini, M., Garcia Abia, P., Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R.A., Giganti, C., Giorgi, M.A., Giovanetti, G.K., Goicoechea Casanueva, V., Gola, A., Gorman, D., Graciani Diaz, R., Grauso, G., Grilli di Cortona, G., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B.R., Hall, J.B., Hallin, A.L., Hamer, A., Helton, H., Haranczyk, M., Hessel, T., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E.V., Ianni, An., Ippolito, V., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A.A., Kendziora, C.L., Keppel, G., Khomyakov, A.V., Kimura, M., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Koulosousas, S., Kubankin, A., Kuss, M., Kuźniak, M., La Commara, M., Lai, M., Le Guirriec, E., Leason, E., Li, X., Lidey, L., Lipp, J., Lissia, M., Longo, G., Luzzi, L., Macfadyen, O., Machulin, I.N., Manthos, I., Mapelli, L., Margotti, A., Mari, S.M., Mariani, C., Maricic, J., Marini, A., Martínez, M., Martoff, C.J., Masoni, A., Mavrokoridis, K., Mazzi, A., McDonald, A.B., Messina, A., Milincic, R., Moggi, A., Moharana, A., Monroe, J., Morrocchi, M., Mozhevitina, E.N., Mróz, T., Muratova, V.N., Muscas, C., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Nessi, M., Nieradka, G., Nikolopoulos, K., Nikulin, I., Nowak, J., Olchansky, K., Oleinik, A., Oleynikov, V., Organtini, P., Ortiz de Solórzano, A., Pagani, L., Pallavicini, M., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P.A., Pelczar, K., Pellegrino, C., Perotti, F., Pesudo, V., Piacentini, S., Pietropaolo, F., Pino, N., Pira, C., Pocar, A., Poehlmann, D.M., Pordes, S., Pralavorio, P., Price, D., Raffaelli, F., Ragusa, F., Ramachers, Y., Ramirez, A., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A.L., Rescigno, M., Resnati, F., Retiere, F., Rignanese, L.P., Ripoli, C., Rivetti, A., Roberts, A., Roberts, C., Rode, J., Rogers, G., Romero, L., Rossi, M., Rubbia, A., Sadashivajois, S., Saffold, T.R., Samoylov, O., Sandford, E., Sanfilippo, S., Santone, D., Santorelli, R., Savarese, C., Scapparone, E., Scioli, G., Semenov, D.A., Shchagin, A., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M.D., Smirnov, O., Smirnova, T., Smith, B., Sokolov, A., Spangenberg, M., Stefanizzi, R., Steri, A., Stracka, S., Strickland, V., Stringer, M., Sulis, S., Sung, A., Suvorov, Y., Szelc, A.M., Türkoğ, C., Türkoğlu, C., Tartaglia, R., Taylor, A., Taylor, J., Tedesco, S., Testera, G., Thieme, K., Thorpe, T.N., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tricomi, A., Unzhakov, E.V., Vallivilayil John, T., Van Uffelen, M., Viant, T., Viel, S., Vishneva, A., Vogelaar, R.B., Vossebeld, J., Wada, M., Walczak, M.B., Wang, Y., Westerdale, S., Wheadon, R.J., Williams, L., Wingerter-Seez, I., Wojaczyński, R., Wojcik, Ma.M., Wojcik, Ma., Wright, T., Xie, Y., Yang, C., Zabihi, A., Zakhary, P., Zani, A., Zichichi, A., Zuzel, G., Zykova, M.P.
Lenguaje:eng
Publicado: 2022
Materias:
hep-ex
Particle Physics - Experiment
physics.ins-det
Detectors and Experimental Techniques
Acceso en línea:https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.107.112006
http://cds.cern.ch/record/2826374
Descripción
Sumario:Dark matter lighter than <math display="inline"><mrow><mn>10</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>GeV</mi><mo>/</mo><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup></mrow></math> encompasses a promising range of candidates. A conceptual design for a new detector, DarkSide-LowMass, is presented, based on the DarkSide-50 detector and progress toward DarkSide-20k, optimized for a low-threshold electron-counting measurement. Sensitivity to light dark matter is explored for various potential energy thresholds and background rates. These studies show that DarkSide-LowMass can achieve sensitivity to light dark matter down to the solar neutrino fog for GeV-scale masses and significant sensitivity down to <math display="inline"><mrow><mn>10</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>MeV</mi><mo>/</mo><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup></mrow></math> considering the Migdal effect or interactions with electrons. Requirements for optimizing the detector’s sensitivity are explored, as are potential sensitivity gains from modeling and mitigating spurious electron backgrounds that may dominate the signal at the lowest energies.

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