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Search for dark matter-nucleon interactions via Migdal effect with DarkSide-50

Authors :
Collaboration, The 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.
Campos, M. D.
Canci, N.
Caravati, M.
Cariello, M.
Carlini, M.
Carpinelli, M.
Cataudella, V.
Cavalcante, P.
Cavuoti, S.
Chashin, S.
Chepurnov, A.
Cicalò, C.
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.
Fairbairn, M.
Fiorillo, G.
Franco, D.
Gabriele, F.
Galbiati, C.
Ghiano, C.
Giganti, C.
Giovanetti, G. K.
Goretti, A. M.
di Cortona, G. Grilli
Grobov, A.
Gromov, M.
Guan, M.
Gulino, M.
Hackett, B. R.
Herner, K.
Hessel, T.
Hosseini, B.
Hubaut, F.
Hungerford, E. V.
Ianni, An.
Ippolito, V.
Keeter, K.
Kendziora, C. L.
Kimura, M.
Kochanek, I.
Korablev, D.
Korga, G.
Kubankin, A.
Kuss, M.
La Commara, M.
Lai, M.
Li, X.
Lissia, M.
Longo, G.
Lychagina, O.
Machulin, I. N.
Mapelli, L. P.
Mari, S. M.
Maricic, J.
Messina, A.
Milincic, R.
Monroe, J.
Morrocchi, M.
Mougeot, X.
Muratova, V. N.
Musico, P.
Nozdrina, A. O.
Oleinik, A.
Ortica, F.
Pagani, L.
Pallavicini, M.
Pandola, L.
Pantic, E.
Paoloni, E.
Pelczar, K.
Pelliccia, N.
Piacentini, S.
Picciau, E.
Pocar, A.
Poehlmann, D. M.
Pordes, S.
Poudel, S. S.
Pralavorio, P.
Price, D. D.
Ragusa, F.
Razeti, M.
Razeto, A.
Renshaw, A. L.
Rescigno, M.
Rode, J.
Romani, A.
Sablone, D.
Samoylov, O.
Sands, W.
Sanfilippo, S.
Sanford, E.
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.
HEP, INSPIRE
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 Paris Cité (UPCité)
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)
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 d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA))
Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
DarkSide
Source :
Phys.Rev.Lett., Phys.Rev.Lett., 2023, 130 (10), pp.101001
Publication Year :
2022
Publisher :
HAL CCSD, 2022.

Abstract

Dark matter elastic scattering off nuclei can result in the excitation and ionization of the recoiling atom through the so-called Migdal effect. The energy deposition from the ionization electron adds to the energy deposited by the recoiling nuclear system and allows for the detection of interactions of sub-GeV/c$^2$ mass dark matter. We present new constraints for sub-GeV/c$^2$ dark matter using the dual-phase liquid argon time projection chamber of the DarkSide-50 experiment with an exposure of (12306 $\pm$ 184) kg d. The analysis is based on the ionization signal alone and significantly enhances the sensitivity of DarkSide-50, enabling sensitivity to dark matter with masses down to 40 MeV/c$^2$. Furthermore, it sets the most stringent upper limit on the spin independent dark matter nucleon cross section for masses below $3.6$ GeV/c$^2$.<br />Comment: 7 pages, 3 figures

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
Phys.Rev.Lett., Phys.Rev.Lett., 2023, 130 (10), pp.101001
Accession number :
edsair.doi.dedup.....26866edbe31ed8b473c8bfb6d5671aa1