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

Author

Agnes, P., Ahmad, I., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alton, A. K., Amaudruz, P., Corona, M. Atzori, Auty, D. J., Ave, M., Avetisov, I. Ch., Avetisov, R. I., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Olmedo, A. Barrado, 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., Ruiz, J. M. Cela, Chashin, S., Chepurnov, A., Chyhyrynets, E, Cicalò, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Cocco, V., Vilda, E. Conde, Consiglio, L., Copello, S., Covone, G., Cross, S., Czudak, P., D'Aniello, M., D'Auria, S., Rolo, M. D. Da Rocha, 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., Diaz, M. Fernandez, Fiorillo, G., Franceschi, A., Franchini, P., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Gahan, D., Galbiati, C., Gallina, G., Gallus, G., Garbini, M., Abia, P. Garcia, Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R. A., Giganti, C., Giorgi, M. A., Giovanetti, G. K., Casanueva, V. Goicoechea, Gola, A., Gorman, D., Diaz, R. Graciani, Grauso, G., di Cortona, G. Grilli, 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., Guirriec, E. Le, 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., de Solórzano, A. Ortiz, 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., 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., John, T. Vallivilayil, 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., and Zykova, M. P.

Subjects
Physics - Instrumentation and Detectors, High Energy Physics - Experiment
Abstract

Dark matter lighter than 10 GeV/c$^2$ 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 floor for GeV-scale masses and significant sensitivity down to 10 MeV/c$^2$ 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.

Published
2022
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3. Separating $^{39}$Ar from $^{40}$Ar by cryogenic distillation with Aria for dark matter searches

Author

DarkSide Collaboration, Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A. K., Amaudruz, P., Arba, M., Arpaia, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I. Ch., Avetisov, R. I., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Olmedo, A. Barrado, Barrillon, P., Basco, A., Batignani, G., 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., Canesi, E. V., Canci, N., Cappello, G., Caravati, M., C, M., Cargioli, N., Carlini, M., Carnesecchi, F., Castello, P., Castellani, A., Catalanotti, S., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Cebrian, S., Ruiz, J. M. Cela, Celano, B., Chashin, S., Chepurnov, A., Cical, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Coccetti, F., Cocco, V., Colocci, M., Vilda, E. Conde, Consiglio, L., Copello, S., Corning, J., Covone, G., Czudak, P., D'Aniello, M., D'Auria, S., Rolo, M. D. Da Rocha, Dadoun, O., Daniel, M., Davini, S., De Candia, A., De Cecco, S., De Falco, A., De Filippis, G., De Gruttola, D., De Guido, G., De Rosa, G., Della Valle, M., Dellacasa, G., De Pasquale, S., Derbin, A. V., Devoto, A., Di Noto, L., Di Eusanio, F., Dionisi, C., Di Stefano, P., Dolganov, G., Dongiovanni, D., Dordei, F., Downing, M., Erjavec, T., Falciano, S., Farenzena, S., Diaz, M. Fernandez, Filip, C., Fiorillo, G., Franceschi, A., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Galbiati, C., Garbini, M., Abia, P. Garcia, Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R. A., Giganti, C., Giorgi, M. A., Giovanetti, G. K., Gligan, M. L., Casanueva, V. Goicoechea, Gola, A., Goretti, A. M., Diaz, R. Graciani, Grigoriev, G. Y., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Guetti, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B. R., Hallin, A., Haranczyk, M., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E. V., Ianni, An., Ippolito, V., James, C. C., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A. A., Kendziora, C. L., Keppel, G., Khomyakov, A. V., Kim, S., Kish, A., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Kubankin, A., Kugathasan, R., Kuss, M., Kuźniak, M., La Commara, M., La Delfa, L., La Grasta, D., Lai, M., Lami, N., Langrock, S., Leyton, M., Li, X., Lidey, L., Lippi, F., Lissia, M., Longo, G., Maccioni, N., Machulin, I. N., Mapelli, L., Marasciulli, A., Margotti, A., Mari, S. M., Maricic, J., Marinelli, M., Mart, M., Rojas, A. D. Martinez, Martini, A., Martoff, C. J., Mascia, M., Masetto, M., Masoni, A., Mazzi, A., McDonald, A. B., Mclaughlin, J., Messina, A., Meyers, P. D., Miletic, T., Milincic, R., Miola, R., Moggi, A., Moharana, A., Moioli, S., Monroe, J., Morisi, S., Morrocchi, M., Mozhevitina, E. N., Mr, T., Muratova, V. N., Murenu, A., Muscas, C., Musenich, L., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Agasson, A. Navrer, Nessi, M., Nikulin, I., Nowak, J., Oleinik, A., Oleynikov, V., Pagani, L., Pallavicini, M., Palmas, S., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P. A., Pellegrini, L. A., Pellegrino, C., Pelczar, K., Perotti, F., Pesudo, V., Picciau, E., Pietropaolo, F., Pinna, T., Pocar, A., Podda, P., Poehlmann, D. M., Pordes, S., Poudel, S. S., Pralavorio, P., Price, D., Raffaelli, F., Ragusa, F., Ramirez, A., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A. L., Rescia, S., Rescigno, M., Resnati, F., Retiere, F., Rignanese, L. P., Ripoli, C., Rivetti, A., Rode, J., Romero, L., Rossi, M., Rubbia, A., Rucaj, M., Sabiu, G. M., Salatino, P., Samoylov, O., S, E., Sandford, E., Sanfilippo, S., Sangiorgio, V. A., Santacroce, V., Santone, D., Santorelli, R., Santucci, A., Savarese, C., Scapparone, E., Schlitzer, B., Scioli, G., Semenov, D. A., Shaw, B., Shchagin, A., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M. D., Smirnov, O., Smith, B., Sokolov, A., Stefanizzi, R., Steri, A., Stracka, S., Strickland, V., Stringer, M., Sulis, S., Suvorov, Y., Szelc, A. M., Zsücs-Balázs, J. Z., Tartaglia, R., Testera, G., Thorpe, T. N., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tosti, S., Tricomi, A., Tuveri, M., Unzhakov, E. V., Usai, G., John, T. Vallivilayil, Vescovi, S., Viant, T., Viel, S., Vishneva, A., Vogelaar, R. B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wheadon, R. J., Williams, L., Wojcik, Ma. M., Wojcik, Ma., Xiao, X., Yang, C., Zani, A., Zenobio, F., Zichichi, A., Zuzel, G., and Zykova, M. P.

Subjects
Physics - Instrumentation and Detectors, Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics
Abstract

The Aria project consists of a plant, hosting a 350 m cryogenic isotopic distillation column, the tallest ever built, which is currently in the installation phase in a mine shaft at Carbosulcis S.p.A., Nuraxi-Figus (SU), Italy. Aria is one of the pillars of the argon dark-matter search experimental program, lead by the Global Argon Dark Matter Collaboration. Aria was designed to reduce the isotopic abundance of $^{39}$Ar, a $\beta$-emitter of cosmogenic origin, whose activity poses background and pile-up concerns in the detectors, in the argon used for the dark-matter searches, the so-called Underground Argon (UAr). In this paper, we discuss the requirements, design, construction, tests, and projected performance of the plant for the isotopic cryogenic distillation of argon. We also present the successful results of isotopic cryogenic distillation of nitrogen with a prototype plant, operating the column at total reflux.

Published
2021
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5. Sensitivity of future liquid argon dark matter search experiments to core-collapse supernova neutrinos

Author

Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A. K., Amaudruz, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I. Ch., Avetisov, R. I., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Olmedo, A. Barrado, Barrillon, P., Basco, A., Batignani, G., 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., Cappello, G., Caravati, M., Cárdenas-Montes, M., Carlini, M., Carnesecchi, F., Castello, P., Catalanotti, S., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Cebrian, S., Ruiz, J. M. Cela, Celano, B., Chashin, S., Chepurnov, A., Chyhyrynets, E, Cicalò, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Coccetti, F., Cocco, V., Colocci, M., Vilda, E. Conde, Consiglio, L., Copello, S., Corning, J., Covone, G., Czudak, P., D'Auria, S., Rolo, M. D. Da Rocha, Dadoun, O., Daniel, M., Davini, S., De Candia, A., De Cecco, S., De Falco, A., De Filippis, G., De Gruttola, D., De Guido, G., De Rosa, G., Della Valle, M., Dellacasa, G., De Pasquale, S., Derbin, A. V., Devoto, A., Di Noto, L., Dionisi, C., Di Stefano, P., Dolganov, G., Dordei, F., Doria, L., Downing, M., Erjavec, T., Diaz, M. Fernandez, Fiorillo, G., Franceschi, A., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Galbiati, C., Garbini, M., Abia, P. Garcia, Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R. A., Giganti, C., Giorgi, M. A., Giovanetti, G. K., Casanueva, V. Goicoechea, Gola, A., Diaz, R. Graciani, Grigoriev, G. Y., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B. R., Hallin, A., Haranczyk, M., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E. V., Ianni, An., Ippolito, V., James, C. C., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A. A., Kendziora, C. L., Keppel, G., Khomyakov, A. V., Kim, S., Kish, A., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Kubankin, A., Kugathasan, R., Kuss, M., Kuźniak, M., La Commara, M., Lai, M., Langrock, S., Leyton, M., Li, X., Lidey, L., Lissia, M., Longo, G., Machulin, I. N., Mapelli, L., Marasciulli, A., Margotti, A., Mari, S. M., Maricic, J., Martínez, M., Rojas, A. D. Martinez, Martoff, C. J., Masoni, A., Mazzi, A., McDonald, A. B., Mclaughlin, J., Messina, A., Meyers, P. D., Miletic, T., Milincic, R., Moggi, A., Moharana, A., Moioli, S., Monroe, J., Morisi, S., Morrocchi, M., Mozhevitina, E. N., Mróz, T., Muratova, V. N., Muscas, C., Musenich, L., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Agasson, A. Navrer, Nessi, M., Nikulin, I., Nowak, J., Oleinik, A., Oleynikov, V., Pagani, L., Pallavicini, M., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P. A., Pelczar, K., Pellegrini, L. A., Pellegrino, C., Perotti, F., Pesudo, V., Picciau, E., Pietropaolo, F., Pira, C., Pocar, A., Poehlmann, D. M., Pordes, S., Poudel, S. S., Pralavorio, P., Price, D., Raffaelli, F., Ragusa, F., Ramirez, A., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A. L., Rescia, S., Rescigno, M., Resnati, F., Retiere, F., Rignanese, L. P., Ripoli, C., Rivetti, A., Rode, J., Romero, L., Rossi, M., Rubbia, A., Salatino, P., Samoylov, O., García, E. Sánchez, Sandford, E., Sanfilippo, S., Santone, D., Santorelli, R., Savarese, C., Scapparone, E., Schlitzer, B., Scioli, G., Semenov, D. A., Shaw, B., Shchagin, A., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M. D., Smirnov, O., Smith, B., Sokolov, A., Steri, A., Stracka, S., Strickland, V., Stringer, M., Sulis, S., Suvorov, Y., Szelc, A. M., Tartaglia, R., Testera, G., Thorpe, T. N., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tricomi, A., Unzhakov, E. V., Usai, G., John, T. Vallivilayil, Viant, T., Viel, S., Vishneva, A., Vogelaar, R. B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wheadon, R. J., Williams, L., Wojcik, Ma. M., Wojcik, Ma., Xiao, X., Yang, C., Ye, Z., Zani, A., Zichichi, A., Zuzel, G., and Zykova, M. P.

Subjects
Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena, Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics, Physics - Instrumentation and Detectors
Abstract

Future liquid-argon DarkSide-20k and ARGO detectors, designed for direct dark matter search, will be sensitive also to core-collapse supernova neutrinos, via coherent elastic neutrino-nucleus scattering. This interaction channel is flavor-insensitive with a high-cross section, enabling for a high-statistics neutrino detection with target masses of $\sim$50~t and $\sim$360~t for DarkSide-20k and ARGO, respectively. Thanks to the low-energy threshold of $\sim$0.5~keV$_{nr}$ achievable by exploiting the ionization channel, DarkSide-20k and ARGO have the potential to discover supernova bursts throughout our galaxy and up to the Small Magellanic Cloud, respectively, assuming a 11-M$_{\odot}$ progenitor star. We report also on the sensitivity to the neutronization burst, whose electron neutrino flux is suppressed by oscillations when detected via charged current and elastic scattering. Finally, the accuracies in the reconstruction of the average and total neutrino energy in the different phases of the supernova burst, as well as its time profile, are also discussed, taking into account the expected background and the detector response., Comment: 21 pages, 8 figures

Published
2020
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13. Sensitivity of future liquid argon dark matter search experiments to core-collapse supernova neutrinos

Author

DarkSide-20k Collaboration, Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A. K., Amaudruz, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I. Ch., Giorgi, M. A., Giovanetti, G. K., Goicoechea Casanueva, V., Gola, A., Graciani Diaz, R., Grigoriev, G. Y., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Avetisov, R. I., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B. R., Hallin, A., Haranczyk, M., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E. V., Azzolini, O., Ianni, An., Ippolito, V., James, C. C., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A. A., Kendziora, C. L., Keppel, G., Khomyakov, A. V., Kim, S., Back, H. O., Kish, A., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Kubankin, A., Kugathasan, R., Kuss, M., Kuźniak, M., La Commara, M., Lai, M., Balmforth, Z., Langrock, S., Leyton, M., Li, X., Lidey, L., Lissia, M., Longo, G., Machulin, I. N., Mapelli, L., Marasciulli, A., Margotti, A., Barbarian, V., Mari, S. M., Maricic, J., Martínez, M., Martinez Rojas, A. D., Martoff, C. J., Masoni, A., Mazzi, A., McDonald, A. B., Mclaughlin, J., Messina, A., Barrado Olmedo, A., Meyers, P. D., Miletic, T., Milincic, R., Moggi, A., Moharana, A., Moioli, S., Monroe, J., Morisi, S., Morrocchi, M., Mozhevitina, E. N., Barrillon, P., Mróz, T., Muratova, V. N., Muscas, C., Musenich, L., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Navrer Agasson, A., Nessi, M., Nikulin, I., Basco, A., Nowak, J., Oleinik, A., Oleynikov, V., Pagani, L., Pallavicini, M., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P. A., Batignani, G., Pelczar, K., Pellegrini, L. A., Pellegrino, C., Perotti, F., Pesudo, V., Picciau, E., Pietropaolo, F., Pira, C., Pocar, A., Poehlmann, D. M., Bondar, A., Pordes, S., Poudel, S. S., Pralavorio, P., Price, D., Raffaelli, F., Ragusa, F., Ramirez, A., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A. L., Bonivento, W. M., Rescia, S., Rescigno, M., Resnati, F., Retiere, F., Rignanese, L. P., Ripoli, C., Rivetti, A., Rode, J., Romero, L., ROSSI, Monia, Borisova, E., Rubbia, A., Salatino, P., Samoylov, O., Sánchez García, E., Sandford, E., Sanfilippo, S., Santone, D., Santorelli, R., Savarese, C., Scapparone, E., Bottino, B., Schlitzer, B., Scioli, G., Semenov, D. A., Shaw, B., Shchagin, A., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M. D., Smirnov, O., Boulay, M. G., Smith, B., Sokolov, A., Steri, A., Stracka, S., Strickland, V., Stringer, M., Sulis, S., Suvorov, Y., Szelc, A. M., Tartaglia, R., Buccino, G., Testera, G., Thorpe, T. N., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tricomi, A., Unzhakov, E. V., Usai, G., Vallivilayil John, T., Viant, T., Viel, S., Bussino, S., Vishneva, A., Vogelaar, R. B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wheadon, R. J., Williams, L., Wojcik, Ma. M., Wojcik, Ma., Busto, J., Xiao, X., Yang, C., Ye, Z., Zani, A., Zichichi, A., Zuzel, G., Zykova, M. P., Buzulutskov, A., Cadeddu, M., Cadoni, M., Caminata, A., Canci, N., Cappello, G., Caravati, M., Cárdenas-Montes, M., Carlini, M., Carnesecchi, F., Castello, P., Catalanotti, S., Cataudella, V., Cavalcante, P., CAVUOTI, STEFANO, Cebrian, S., Cela Ruiz, J. M., Celano, B., Chashin, S., Chepurnov, A., Chyhyrynets, E., Cicalò, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Coccetti, F., Cocco, V., Colocci, M., Conde Vilda, E., Consiglio, L., Copello, S., Corning, J., Covone, G., Czudak, P., 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 Guido, G., DE ROSA, GIORGIA, DELLA VALLE, Massimo, Dellacasa, G., De Pasquale, S., Derbin, A. V., Devoto, A., Di Noto, L., Dionisi, C., Di Stefano, P., Dolganov, G., Dordei, F., Doria, L., Downing, M., Erjavec, T., Fernandez Diaz, M., Fiorillo, G., Franceschi, A., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Galbiati, C., Garbini, M., Garcia Abia, P., Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R. A., Giganti, C., Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A. K., Amaudruz, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I. Ch., Avetisov, R. I., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Barrado Olmedo, A., Barrillon, P., Basco, A., Batignani, G., 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., Cappello, G., Caravati, M., Cárdenas-Montes, M., Carlini, M., Carnesecchi, F., Castello, P., Catalanotti, S., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Cebrian, S., Cela Ruiz, J. M., Celano, B., Chashin, S., Chepurnov, A., Chyhyrynets, E, Cicalò, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Coccetti, F., Cocco, V., Colocci, M., Conde Vilda, E., Consiglio, L., Copello, S., Corning, J., Covone, G., Czudak, P., 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 Guido, G., De Rosa, G., Della Valle, M., Dellacasa, G., De Pasquale, S., Derbin, A. V., Devoto, A., Di Noto, L., Dionisi, C., Di Stefano, P., Dolganov, G., Dordei, F., Doria, L., Downing, M., Erjavec, T., Fernandez Diaz, M., Fiorillo, G., Franceschi, A., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Galbiati, C., 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., Graciani Diaz, R., Grigoriev, G. Y., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B. R., Hallin, A., Haranczyk, M., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E. V., Ianni, An., Ippolito, V., James, C. C., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A. A., Kendziora, C. L., Keppel, G., Khomyakov, A. V., Kim, S., Kish, A., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Kubankin, A., Kugathasan, R., Kuss, M., Kuźniak, M., La Commara, M., Lai, M., Langrock, S., Leyton, M., Li, X., Lidey, L., Lissia, M., Longo, G., Machulin, I. N., Mapelli, L., Marasciulli, A., Margotti, A., Mari, S. M., Maricic, J., Martínez, M., Martinez Rojas, A. D., Martoff, C. J., Masoni, A., Mazzi, A., Mcdonald, A. B., Mclaughlin, J., Messina, A., Meyers, P. D., Miletic, T., Milincic, R., Moggi, A., Moharana, A., Moioli, S., Monroe, J., Morisi, S., Morrocchi, M., Mozhevitina, E. N., Mróz, T., Muratova, V. N., Muscas, C., Musenich, L., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Navrer Agasson, A., Nessi, M., Nikulin, I., Nowak, J., Oleinik, A., Oleynikov, V., Pagani, L., Pallavicini, M., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P. A., Pelczar, K., Pellegrini, L. A., Pellegrino, C., Perotti, F., Pesudo, V., Picciau, E., Pietropaolo, F., Pira, C., Pocar, A., Poehlmann, D. M., Pordes, S., Poudel, S. S., Pralavorio, P., Price, D., Raffaelli, F., Ragusa, F., Ramirez, A., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A. L., Rescia, S., Rescigno, M., Resnati, F., Retiere, F., Rignanese, L. P., Ripoli, C., Rivetti, A., Rode, J., Romero, L., Rossi, M., Rubbia, A., Salatino, P., Samoylov, O., Sánchez García, E., Sandford, E., Sanfilippo, S., Santone, D., Santorelli, R., Savarese, C., Scapparone, E., Schlitzer, B., Scioli, G., Semenov, D. A., Shaw, B., Shchagin, A., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M. D., Smirnov, O., Smith, B., Sokolov, A., Steri, A., Stracka, S., Strickland, V., Stringer, M., Sulis, S., Suvorov, Y., Szelc, A. M., Tartaglia, R., Testera, G., Thorpe, T. N., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tricomi, A., Unzhakov, E. V., Usai, G., Vallivilayil John, T., Viant, T., Viel, S., Vishneva, A., Vogelaar, R. B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wheadon, R. J., Williams, L., Wojcik, Ma. M., Wojcik, Ma., Xiao, X., Yang, C., Ye, Z., Zani, A., Zichichi, A., Zuzel, G., Zykova, M. P., 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), 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)-Université de Paris (UP), 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 de Paris (UP), DarkSide 20k, Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Agnes P., Albergo S., Albuquerque I.F.M., Alexander T., Alici A., Alton A.K., Amaudruz P., Arcelli S., Ave M., Avetissov I.C., Avetisov R.I., Azzolini O., Back H.O., Balmforth Z., Barbarian V., Barrado Olmedo A., Barrillon P., Basco A., Batignani G., 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., Cappello G., Caravati M., Cardenas-Montes M., Carlini M., Carnesecchi F., Castello P., Catalanotti S., Cataudella V., Cavalcante P., Cavuoti S., Cebrian S., Cela Ruiz J.M., Celano B., Chashin S., Chepurnov A., Chyhyrynets E., Cicalo C., Cifarelli L., Cintas D., Coccetti F., Cocco V., Colocci M., E. Conde Vilda, Consiglio L., Copello S., Corning J., Covone G., Czudak P., 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 Guido G., De Rosa G., Della Valle M., Dellacasa G., De Pasquale S., Derbin A.V., Devoto A., Di Noto L., Dionisi C., Di Stefano P., Dolganov G., Dordei F., Doria L., Downing M., Erjavec T., Fernandez Diaz M., Fiorillo G., Franceschi A., Franco D., Frolov E., Funicello N., Gabriele F., Galbiati C., 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., Graciani Diaz R., Grigoriev G.Y., Grobov A., Gromov M., Guan M., Guerzoni M., Gulino M., Guo C., Hackett B.R., Hallin A., Haranczyk M., Hill S., Horikawa S., Hubaut F., Hugues T., Hungerford E.V., Ianni A., Ippolito V., James C.C., Jillings C., Kachru P., Kemp A.A., Kendziora C.L., Keppel G., Khomyakov A.V., Kim S., Kish A., Kochanek I., Kondo K., Korga G., Kubankin A., Kugathasan R., Kuss M., Kuzniak M., La Commara M., Lai M., Langrock S., Leyton M., Li X., Lidey L., Lissia M., Longo G., Machulin I.N., Mapelli L., Marasciulli A., Margotti A., Mari S.M., Maricic J., Martinez M., Martinez Rojas A.D., Martoff C.J., Masoni A., Mazzi A., McDonald A.B., Mclaughlin J., Messina A., Meyers P.D., Miletic T., Milincic R., Moggi A., Moharana A., Moioli S., Monroe J., Morisi S., Morrocchi M., Mozhevitina E.N., Mroz T., Muratova V.N., Muscas C., Musenich L., Musico P., Nania R., Napolitano T., Navrer Agasson A., Nessi M., Nikulin I., Nowak J., Oleinik A., Oleynikov V., Pagani L., Pallavicini M., Pandola L., Pantic E., Paoloni E., Paternoster G., Pegoraro P.A., Pelczar K., Pellegrini L.A., Pellegrino C., Perotti F., Pesudo V., Picciau E., Pietropaolo F., Pira C., Pocar A., Poehlmann D.M., Pordes S., Poudel S.S., Pralavorio P., Price D., Raffaelli F., Ragusa F., Ramirez A., Razeti M., Razeto A., Renshaw A.L., Rescia S., Rescigno M., Resnati F., Retiere F., Rignanese L.P., Ripoli C., Rivetti A., Rode J., Romero L., Rossi M., Rubbia A., Salatino P., Samoylov O., Sanchez Garcia E., Sandford E., Sanfilippo S., Santone D., Santorelli R., Savarese C., Scapparone E., Schlitzer B., Scioli G., Semenov D.A., Shaw B., Shchagin A., Sheshukov A., Simeone M., Skensved P., Skorokhvatov M.D., Smirnov O., Smith B., Sokolov A., Steri A., Stracka S., Strickland V., Stringer M., Sulis S., Suvorov Y., Szelc A.M., Tartaglia R., Testera G., Thorpe T.N., Tonazzo A., Torres-Lara S., Tricomi A., Unzhakov E.V., Usai G., Vallivilayil John T., Viant T., Viel S., Vishneva A., Vogelaar R.B., Wada M., Wang H., Wang Y., Westerdale S., Wheadon R.J., Williams L., Wojcik M.M., Wojcik M., Xiao X., Yang C., Ye Z., Zani A., Zichichi A., Zuzel G., and Zykova M.P.

Subjects
Physics - Instrumentation and Detectors, Physics::Instrumentation and Detectors, Astrophysics, dark matter: direct detection, 01 natural sciences, 7. Clean energy, neutrino: flux, charged current, neutrino: supernova, Detectors and Experimental Techniques, physics.ins-det, High Energy Astrophysical Phenomena (astro-ph.HE), Physics, Elastic scattering, astro-ph.HE, Dark matter detector, dark matter detectors, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), oscillation, suppression, Supernova, Neutrino detector, astro-ph.IM, target: mass, Neutrino, Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena, Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics, burst, Astrophysics and Astronomy, Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena, Dark matter, FOS: Physical sciences, Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics, ARGÔNIO, neutrino: energy, 0103 physical sciences, ionization, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], supernova neutrinos, Instrumentation and Methods for Astrophysics (astro-ph.IM), Astrophysics::Galaxy Astrophysics, neutrino nucleus: scattering, 010308 nuclear & particles physics, background, dark matter: mass, dark matter: elastic scattering, Astronomy and Astrophysics, dark matter detectors, supernova neutrinos, Type II supernova, sensitivity, Galaxy, liquid argon, coherence, [PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph], Electron neutrino, Dark matter detectors, Supernova neutrinos
Abstract

Future liquid-argon DarkSide-20k and ARGO detectors, designed for direct dark matter search, will be sensitive also to core-collapse supernova neutrinos, via coherent elastic neutrino-nucleus scattering. This interaction channel is flavor-insensitive with a high-cross section, enabling for a high-statistics neutrino detection with target masses of $\sim$50~t and $\sim$360~t for DarkSide-20k and ARGO, respectively. Thanks to the low-energy threshold of $\sim$0.5~keV$_{nr}$ achievable by exploiting the ionization channel, DarkSide-20k and ARGO have the potential to discover supernova bursts throughout our galaxy and up to the Small Magellanic Cloud, respectively, assuming a 11-M$_{\odot}$ progenitor star. We report also on the sensitivity to the neutronization burst, whose electron neutrino flux is suppressed by oscillations when detected via charged current and elastic scattering. Finally, the accuracies in the reconstruction of the average and total neutrino energy in the different phases of the supernova burst, as well as its time profile, are also discussed, taking into account the expected background and the detector response., 21 pages, 8 figures

Published
2021

15. Separating Ar39 from Ar40 by cryogenic distillation with Aria for dark matter searches

Author

Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A. K., Amaudruz, P., Arba, M., Arpaia, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I. Ch., Avetisov, R. I., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Barbarian , V., Barrado Olmedo, A., Barrillon, P., Basco, A., Batignani, G., 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., Canesi, E. V., Canci, N., Cappello, G., Caravati, M., Cárdenas-Montes, M., Cargioli, N., Carlini , M., Carnesecchi, F., Castello, P., Castellani, A., Catalanotti, S., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Cebrian, S., Cela Ruiz, J. M., Celano, B., Chashin, S., Chepurnov, A., Cicalò, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Coccetti, F., Cocco, V., Colocci, M., Conde Vilda, E., Consiglio, L., Copello, S., Corning, J., Covone, G., 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 Guido, G., De Rosa, G., Della Valle, M., Dellacasa, G., De Pasquale, S., Derbin, A. V., Devoto, A., Di Noto, L., Di Eusanio, F., Dionisi, C., Di Stefano, P., Dolganov, G., Dongiovanni, D., Dordei, F., Downing, M., Erjavec, T., Falciano, S., Farenzena, S., Fernandez Diaz, M., Filip, C., Fiorillo, G., Franceschi, A., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Galbiati, C., Garbini, M., Garcia Abia, P., Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R. A., Giganti, C., Giorgi, M. A., Giovanetti, G. K., Gligan, M. L., Goicoechea Casanueva, V., Gola, A., Goretti, A. M., Graciani Diaz, R., Grigoriev, G. Y., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Guetti, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B. R., Hallin, A., Haranczyk, M., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E. V., Ianni, An., Ippolito, V., James, C. C., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A. A., Kendziora, C. L., Keppel, G., Khomyakov, A. V., Kish, A., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Kubankin, A., Kugathasan, R., Kuss, M., Kuzniak, M., La Commara, M., La Delfa, L., La Grasta, D., Lai, M., Lami, N., Langrock, S., Leyton, M., Li, X., Lidey, L., Lippi, F., Lissia, M., Longo, G., Maccioni, N., Machulin, I. N., Mapelli, L., Marasciulli, A., Margotti, A., Mari, S. M., Maricic, J., Marinelli, M., Martínez, M., Martinez Rojas, A. D., Martini, A., Mascia, M., Masetto, M., Masoni, A., Mazzi, A., McDonald, A. B., Mclaughlin, J., Messina, A., Meyers, P. D., Miletic, T., Milincic, R., Miola, R., Moggi, A., Moharana, A., Moioli, S., Monroe, J., Morisi, S., Morrocchi, M., Mozhevitina, E. N., Mróz, T., Muratova, V. N., Murenu, A., Muscas, C., Musenich, L., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Navrer Agasson, A., Nessi, M., Nikulin, I., Nowak, J., Oleinik, A., Oleynikov, V., Pagani, L., Pallavicini, M., Palmas, S., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P. A., Pellegrini, L. A., Pellegrino, C., and Pelczar, K.

Subjects
Physics::Instrumentation and Detectors
Abstract

Aria is a plant hosting a 350m cryogenic isotopic distillation column, the tallest ever built, which is being installed in a mine shaft at Carbosulcis S.p.A., Nuraxi-Figus (SU), Italy. Aria is one of the pillars of the argon dark-matter search experimental program, lead by the Global Argon Dark Matter Collaboration. It was designed to reduce the isotopic abundance of 39Ar in argon extracted from underground sources, called Underground Argon (UAr), which is used for dark-matter searches. Indeed, 39Ar is a -emitter of cosmogenic origin, whose activity poses background and pile-up concerns in the detectors. In this paper, we discuss the requirements, design, construction, tests, and projected performance of the plant for the isotopic cryogenic distillation of argon. We also present the successful results of the isotopic cryogenic distillation of nitrogen with a prototype plant.

Published
2021

18. Separating 39Ar from 40Ar by cryogenic distillation with Aria for dark-matter searches.

Author

Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A. K., Amaudruz, P., Arba, M., Arpaia, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I. Ch., Avetisov, R. I., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Barrado Olmedo, A., Barrillon, P., and Basco, A.

Subjects
DISTILLATION, ARIA, PLANT performance, HOST plants, DARK matter
Abstract

Aria is a plant hosting a 350 m cryogenic isotopic distillation column, the tallest ever built, which is being installed in a mine shaft at Carbosulcis S.p.A., Nuraxi-Figus (SU), Italy. Aria is one of the pillars of the argon dark-matter search experimental program, lead by the Global Argon Dark Matter Collaboration. It was designed to reduce the isotopic abundance of 39 Ar in argon extracted from underground sources, called Underground Argon (UAr), which is used for dark-matter searches. Indeed, 39 Ar is a β -emitter of cosmogenic origin, whose activity poses background and pile-up concerns in the detectors. In this paper, we discuss the requirements, design, construction, tests, and projected performance of the plant for the isotopic cryogenic distillation of argon. We also present the successful results of the isotopic cryogenic distillation of nitrogen with a prototype plant. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Published
2021
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25. NEW HYBRID MATERIALA FOR ORGANIC LIGHTEMITTING DIOD DEVICES

Author

R. I. Avetisov, R. I., primary, Petrova, O. B., additional, Akkuzina, A. A., additional, Khomyakov, A. V., additional, Saifutyarov, R. R., additional, Cherednichenko, A. G., additional, Sagalova, T. B., additional, Makarov, N. A., additional, and Avetissov, I. Ch., additional

Published
2015
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27. Separating $^{39}$Ar from $^{40}$Ar by cryogenic distillation with Aria for dark matter searches

Author

Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I.F.M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A.K., Amaudruz, P., Arba, M., Arpaia, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I.Ch., Avetisov, R.I., Azzolini, O., Back, H.O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Olmedo, A. Barrado, Barrillon, P., Basco, A., Batignani, G., 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., Canesi, E.V., Canci, N., Cappello, G., Caravati, M., Cárdenas-Montes, M., Cargioli, N., Carlini, M., Carnesecchi, F., Castello, P., Castellani, A., Catalanotti, S., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Cebrian, S., Cela Ruiz, J.M., Celano, B., Chashin, S., Chepurnov, A., Cicalò, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Coccetti, F., Cocco, V., Colocci, M., Vilda, E. Conde, Consiglio, L., Copello, S., Corning, J., Covone, G., Czudak, P., d'Aniello, M., d'Auria, S., da Rocha Rolo, M., Dadoun, O., Daniel, M., Davini, S., de Candia, A., De Cecco, S., De Falco, A., de Filippis, G., De Gruttola, D., De Guido, G., De Rosa, G., Della Valle, M., Dellacasa, G., De Pasquale, S., Derbin, A.V., Devoto, A., Di Noto, L., Di Eusanio, F., Dionisi, C., Di Stefano, P., Dolganov, G., Dongiovanni, D., Dordei, F., Downing, M., Erjavec, T., Falciano, S., Farenzena, S., Diaz, M. Fernandez, Filip, C., Fiorillo, G., Franceschi, A., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Galbiati, C., Garbini, M., Abia, P. Garcia, Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R.A., Giganti, C., Giorgi, M.A., Giovanetti, G.K., Gligan, M.L., Casanueva, V. Goicoechea, Gola, A., Goretti, A.M., Graciani Diaz, R., Grigoriev, G.Y., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Guetti, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B.R., Hallin, A., Haranczyk, M., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E.V., Ianni, An., Ippolito, V., James, C.C., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A.A., Kendziora, C.L., Keppel, G., Khomyakov, A.V., Kim, S., Kish, A., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Kubankin, A., Kugathasan, R., Kuss, M., Kuźniak, M., La Commara, M., La Delfa, L., La Grasta, D., Lai, M., Lami, N., Langrock, S., Leyton, M., Li, X., Lidey, L., Lippi, F., Lissia, M., Longo, G., Maccioni, N., Machulin, I.N., Mapelli, L., Marasciulli, A., Margotti, A., Mari, S.M., Maricic, J., Marinelli, M., Martínez, M., Rojas, A.D. Martinez, Martini, A., Martoff, C.J., Mascia, M., Masetto, M., Masoni, A., Mazzi, A., Mcdonald, A.B., Mclaughlin, J., Messina, A., Meyers, P.D., Miletic, T., Milincic, R., Miola, R., Moggi, A., Moharana, A., Moioli, S., Monroe, J., Morisi, S., Morrocchi, M., Mozhevitina, E.N., Mr, T., Mróz, T., Muratova, V.N., Murenu, A., Muscas, C., Musenich, L., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Navrer Agasson, A., Nessi, M., Nikulin, I., Nowak, J., Oleinik, A., Oleynikov, V., Pagani, L., Pallavicini, M., Palmas, S., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P.A., Pellegrini, L.A., Pellegrino, C., Pelczar, K., Perotti, F., Pesudo, V., Picciau, E., Pietropaolo, F., Pinna, T., Pocar, A., Podda, P., Poehlmann, D.M., Pordes, S., Poudel, S.S., Pralavorio, P., Price, D., Raffaelli, F., Ragusa, F., Ramirez, A., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A.L., Rescia, S., Rescigno, M., Resnati, F., Retiere, F., Rignanese, L.P., Ripoli, C., Rivetti, A., Rode, J., Romero, L., Rossi, M., Rubbia, A., Rucaj, M., Sabiu, G.M., Salatino, P., Samoylov, O., Sánchez García, E., Sandford, E., Sanfilippo, S., Sangiorgio, V.A., Santacroce, V., Santone, D., Santorelli, R., Santucci, A., Savarese, C., Scapparone, E., Schlitzer, B., Scioli, G., Semenov, D.A., Shaw, B., Shchagin, A., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M.D., Smirnov, O., Smith, B., Sokolov, A., Stefanizzi, R., Steri, A., Stracka, S., Strickland, V., Stringer, M., Sulis, S., Suvorov, Y., Szelc, A.M., Zsücs-Balázs, J.Z., Tartaglia, R., Testera, G., Thorpe, T.N., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tosti, S., Tricomi, A., Tuveri, M., Unzhakov, E.V., Usai, G., John, T. Vallivilayil, Vescovi, S., Viant, T., Viel, S., Vishneva, A., Vogelaar, R.B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wheadon, R.J., Williams, L., Wojcik, Ma.M., Wojcik, Ma., Xiao, X., Yang, C., Zani, A., Zenobio, F., Zichichi, A., Zuzel, G., Zykova, M.P., Agnes P., Albergo S., Albuquerque I.F.M., Alexander T., Alici A., Alton A.K., Amaudruz P., Arba M., Arpaia P., Arcelli S., Ave M., Avetissov I.C., Avetisov R.I., Azzolini O., Back H.O., Balmforth Z., Barbarian V., Barrado Olmedo A., Barrillon P., Basco A., Batignani G., 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., Canesi E.V., Canci N., Cappello G., Caravati M., Cardenas-Montes M., Cargioli N., Carlini M., Carnesecchi F., Castello P., Castellani A., Catalanotti S., Cataudella V., Cavalcante P., Cavuoti S., Cebrian S., Cela Ruiz J.M., Celano B., Chashin S., Chepurnov A., Cicalo C., Cifarelli L., Cintas D., Coccetti F., Cocco V., Colocci M., Conde Vilda E., Consiglio L., Copello S., Corning J., Covone G., 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 Guido G., De Rosa G., Della Valle M., Dellacasa G., De Pasquale S., Derbin A.V., Devoto A., Di Noto L., Di Eusanio F., Dionisi C., Di Stefano P., Dolganov G., Dongiovanni D., Dordei F., Downing M., Erjavec T., Falciano S., Farenzena S., Fernandez Diaz M., Filip C., Fiorillo G., Franceschi A., Franco D., Frolov E., Funicello N., Gabriele F., Galbiati C., Garbini M., Garcia Abia P., Gendotti A., Ghiano C., Giampaolo R.A., Giganti C., Giorgi M.A., Giovanetti G.K., Gligan M.L., Goicoechea Casanueva V., Gola A., Goretti A.M., Graciani Diaz R., Grigoriev G.Y., Grobov A., Gromov M., Guan M., Guerzoni M., Guetti M., Gulino M., Guo C., Hackett B.R., Hallin A., Haranczyk M., Hill S., Horikawa S., Hubaut F., Hugues T., Hungerford E.V., Ianni A., Ippolito V., James C.C., Jillings C., Kachru P., Kemp A.A., Kendziora C.L., Keppel G., Khomyakov A.V., Kish A., Kochanek I., Kondo K., Korga G., Kubankin A., Kugathasan R., Kuss M., Kuzniak M., La Commara M., La Delfa L., La Grasta D., Lai M., Lami N., Langrock S., Leyton M., Li X., Lidey L., Lippi F., Lissia M., Longo G., Maccioni N., Machulin I.N., Mapelli L., Marasciulli A., Margotti A., Mari S.M., Maricic J., Marinelli M., Martinez M., Martinez Rojas A.D., Martini A., Mascia M., Masetto M., Masoni A., Mazzi A., McDonald A.B., Mclaughlin J., Messina A., Meyers P.D., Miletic T., Milincic R., Miola R., Moggi A., Moharana A., Moioli S., Monroe J., Morisi S., Morrocchi M., Mozhevitina E.N., Mroz T., Muratova V.N., Murenu A., Muscas C., Musenich L., Musico P., Nania R., Napolitano T., Navrer Agasson A., Nessi M., Nikulin I., Nowak J., Oleinik A., Oleynikov V., Pagani L., Pallavicini M., Palmas S., Pandola L., Pantic E., Paoloni E., Paternoster G., Pegoraro P.A., Pellegrini L.A., Pellegrino C., Pelczar K., Perotti F., Pesudo V., Picciau E., Pietropaolo F., Pinna T., Pocar A., Podda P., Poehlmann D.M., Pordes S., Poudel S.S., Pralavorio P., Price D., Raffaelli F., Ragusa F., Ramirez A., Razeti M., Razeto A., Renshaw A.L., Rescia S., Rescigno M., Resnati F., Retiere F., Rignanese L.P., Ripoli C., Rivetti A., Rode J., Romero L., Rossi M., Rubbia A., Rucaj M., Sabiu G.M., Salatino P., Samoylov O., Sanchez Garcia E., Sandford E., Sanfilippo S., Sangiorgio V.A., Santacroce V., Santone D., Santorelli R., Santucci A., Savarese C., Scapparone E., Schlitzer B., Scioli G., Semenov D.A., Shaw B., Shchagin A., Sheshukov A., Simeone M., Skensved P., Skorokhvatov M.D., Smirnov O., Smith B., Sokolov A., Stefanizzi R., Steri A., Stracka S., Strickland V., Stringer M., Sulis S., Suvorov Y., Szelc A.M., Szucs-Balazs J.Z., Tartaglia R., Testera G., Thorpe T.N., Tonazzo A., Torres-Lara S., Tosti S., Tricomi A., Tuveri M., Unzhakov E.V., Usai G., Vallivilayil John T., Vescovi S., Viant T., Viel S., Vishneva A., Vogelaar R.B., Wada M., Wang H., Wang Y., Westerdale S., Wheadon R.J., Williams L., M.Wojcik M., Wojcik M., Xiao X., Yang C., Zani A., Zenobio F., Zichichi A., Zuzel G., Zykova M.P., 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), 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)-Université de Paris (UP), 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 de Paris (UP), DarkSide-20k, Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alici, A., Alton, A. K., Amaudruz, P., Arba, M., Arpaia, P., Arcelli, S., Ave, M., Avetissov, I. C., Avetisov, R. I., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Barbarian, V., Barrado Olmedo, A., Barrillon, P., Basco, A., Batignani, G., 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., Canesi, E. V., Canci, N., Cappello, G., Caravati, M., Cardenas-Montes, M., Cargioli, N., Carlini, M., Carnesecchi, F., Castello, P., Castellani, A., Catalanotti, S., Cataudella, V., Cavalcante, P., Cavuoti, S., Cebrian, S., Cela Ruiz, J. M., Celano, B., Chashin, S., Chepurnov, A., Cicalo, C., Cifarelli, L., Cintas, D., Coccetti, F., Cocco, V., Colocci, M., Conde Vilda, E., Consiglio, L., Copello, S., Corning, J., Covone, G., 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 Guido, G., De Rosa, G., Della Valle, M., Dellacasa, G., De Pasquale, S., Derbin, A. V., Devoto, A., Di Noto, L., Di Eusanio, F., Dionisi, C., Di Stefano, P., Dolganov, G., Dongiovanni, D., Dordei, F., Downing, M., Erjavec, T., Falciano, S., Farenzena, S., Fernandez Diaz, M., Filip, C., Fiorillo, G., Franceschi, A., Franco, D., Frolov, E., Funicello, N., Gabriele, F., Galbiati, C., Garbini, M., Garcia Abia, P., Gendotti, A., Ghiano, C., Giampaolo, R. A., Giganti, C., Giorgi, M. A., Giovanetti, G. K., Gligan, M. L., Goicoechea Casanueva, V., Gola, A., Goretti, A. M., Graciani Diaz, R., Grigoriev, G. Y., Grobov, A., Gromov, M., Guan, M., Guerzoni, M., Guetti, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B. R., Hallin, A., Haranczyk, M., Hill, S., Horikawa, S., Hubaut, F., Hugues, T., Hungerford, E. V., Ianni, A., Ippolito, V., James, C. C., Jillings, C., Kachru, P., Kemp, A. A., Kendziora, C. L., Keppel, G., Khomyakov, A. V., Kish, A., Kochanek, I., Kondo, K., Korga, G., Kubankin, A., Kugathasan, R., Kuss, M., Kuzniak, M., La Commara, M., La Delfa, L., La Grasta, D., Lai, M., Lami, N., Langrock, S., Leyton, M., Li, X., Lidey, L., Lippi, F., Lissia, M., Longo, G., Maccioni, N., Machulin, I. N., Mapelli, L., Marasciulli, A., Margotti, A., Mari, S. M., Maricic, J., Marinelli, M., Martinez, M., Martinez Rojas, A. D., Martini, A., Mascia, M., Masetto, M., Masoni, A., Mazzi, A., Mcdonald, A. B., Mclaughlin, J., Messina, A., Meyers, P. D., Miletic, T., Milincic, R., Miola, R., Moggi, A., Moharana, A., Moioli, S., Monroe, J., Morisi, S., Morrocchi, M., Mozhevitina, E. N., Mroz, T., Muratova, V. N., Murenu, A., Muscas, C., Musenich, L., Musico, P., Nania, R., Napolitano, T., Navrer Agasson, A., Nessi, M., Nikulin, I., Nowak, J., Oleinik, A., Oleynikov, V., Pagani, L., Pallavicini, M., Palmas, S., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Paternoster, G., Pegoraro, P. A., Pellegrini, L. A., Pellegrino, C., Pelczar, K., Perotti, F., Pesudo, V., Picciau, E., Pietropaolo, F., Pinna, T., Pocar, A., Podda, P., Poehlmann, D. M., Pordes, S., Poudel, S. S., Pralavorio, P., Price, D., Raffaelli, F., Ragusa, F., Ramirez, A., Razeti, M., Razeto, A., Renshaw, A. L., Rescia, S., Rescigno, M., Resnati, F., Retiere, F., Rignanese, L. P., Ripoli, C., Rivetti, A., Rode, J., Romero, L., Rossi, M., Rubbia, A., Rucaj, M., Sabiu, G. M., Salatino, P., Samoylov, O., Sanchez Garcia, E., Sandford, E., Sanfilippo, S., Sangiorgio, V. A., Santacroce, V., Santone, D., Santorelli, R., Santucci, A., Savarese, C., Scapparone, E., Schlitzer, B., Scioli, G., Semenov, D. A., Shaw, B., Shchagin, A., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M. D., Smirnov, O., Smith, B., Sokolov, A., Stefanizzi, R., Steri, A., Stracka, S., Strickland, V., Stringer, M., Sulis, S., Suvorov, Y., Szelc, A. M., Szucs-Balazs, J. Z., Tartaglia, R., Testera, G., Thorpe, T. N., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tosti, S., Tricomi, A., Tuveri, M., Unzhakov, E. V., Usai, G., Vallivilayil John, T., Vescovi, S., Viant, T., Viel, S., Vishneva, A., Vogelaar, R. B., Wada, M., Wang, H., Wang, Y., Westerdale, S., Wheadon, R. J., Williams, L., M. Wojcik, M., Wojcik, M., Xiao, X., Yang, C., Zani, A., Zenobio, F., Zichichi, A., Zuzel, G., Zykova, M. P., Avetissov, I. Ch., Cárdenas-Montes, M., Cicalò, C., D’Aniello, M., D’Auria, S., Ianni, An., Kuźniak, M., Martínez, M., Mróz, T., Sánchez García, E., Wojcik, Ma. M., Wojcik, Ma., Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), and ANR-18-IDEX-0001,Université de Paris,Université de Paris(2018)

Subjects
Astrophysics and Astronomy, Physics - Instrumentation and Detectors, Physics::Instrumentation and Detectors, FOS: Physical sciences, isotopic distillation argon cryogenic, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), dark matter: detector, fabrication, argon: nuclide, astro-ph.IM, dark-matter, DarkSide-20k, Argon, cryogenics, pile-up, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Detectors and Experimental Techniques, Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics, Instrumentation and Methods for Astrophysics (astro-ph.IM), physics.ins-det, performance
Abstract

Aria is a plant hosting a ${350}\,\hbox {m}$ cryogenic isotopic distillation column, the tallest ever built, which is being installed in a mine shaft at Carbosulcis S.p.A., Nuraxi-Figus (SU), Italy. Aria is one of the pillars of the argon dark-matter search experimental program, lead by the Global Argon Dark Matter Collaboration. It was designed to reduce the isotopic abundance of ${^{39}\hbox {Ar}}$ in argon extracted from underground sources, called Underground Argon (UAr), which is used for dark-matter searches. Indeed, ${^{39}\hbox {Ar}}$ is a $\beta $-emitter of cosmogenic origin, whose activity poses background and pile-up concerns in the detectors. In this paper, we discuss the requirements, design, construction, tests, and projected performance of the plant for the isotopic cryogenic distillation of argon. We also present the successful results of the isotopic cryogenic distillation of nitrogen with a prototype plant. The Aria project consists of a plant, hosting a 350 m cryogenic isotopic distillation column, the tallest ever built, which is currently in the installation phase in a mine shaft at Carbosulcis S.p.A., Nuraxi-Figus (SU), Italy. Aria is one of the pillars of the argon dark-matter search experimental program, lead by the Global Argon Dark Matter Collaboration. Aria was designed to reduce the isotopic abundance of $^{39}$Ar, a $\beta$-emitter of cosmogenic origin, whose activity poses background and pile-up concerns in the detectors, in the argon used for the dark-matter searches, the so-called Underground Argon (UAr). In this paper, we discuss the requirements, design, construction, tests, and projected performance of the plant for the isotopic cryogenic distillation of argon. We also present the successful results of isotopic cryogenic distillation of nitrogen with a prototype plant, operating the column at total reflux.

Published
2021

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