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First limits on WIMP nuclear recoil signals in ZEPLIN-II: A two-phase xenon detector for dark matter detection

Authors :
N. J. C. Spooner
E. Tziaferi
I. Liubarsky
T. B. Lawson
G.G. Nicklin
M. J. Carson
W. Ooi
Peter Majewski
C. Bungau
P. K. Lightfoot
W. G. Jones
P.F. Smith
Rodney Walker
J.D. Lewin
V. Chepel
J. E. McMillan
R. J. Cashmore
T. Gamble
J. Pinto da Cunha
Max Robinson
T. J. Sumner
David B. Cline
G. Salinas
M. K. Joshi
S.J.S. Plank
A. Bewick
J. Gao
S. M. Paling
A. St. J. Murphy
Daniel Tovey
M.I. Lopes
A. Lindote
E.V. Korolkova
H. Chagani
A. S. Howard
C. Silva
G. J. Alner
F. Neves
B. Morgan
V. N. Solovov
V. A. Kudryavtsev
E. J. Daw
Hongwei Wang
D. Muna
R. Lüscher
J.C. Davies
C. Thorne
V. N. Lebedenko
K. Mavrokoridis
C. Ghag
N. J. T. Smith
R. M. Preece
D. C. R. Davidge
B. N. Edwards
T. Durkin
J. T. White
F.L.H. Wolfs
J. V. Dawson
J. J. Quenby
B. Camanzi
Henrique Araujo
F. Sergiampietri
APC - Neutrinos
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Source :
Astroparticle Physics, Astroparticle Physics, 2007, 28, pp.287-302. ⟨10.1016/J.ASTROPARTPHYS.2007.06.002⟩, Astroparticle Physics, Elsevier, 2007, 28, pp.287-302. ⟨10.1016/J.ASTROPARTPHYS.2007.06.002⟩, Astroparticle Physics, Elsevier, 2007, 28, pp.287-302. ⟨10.1016/j.astropartphys.2007.06.002⟩, Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal, Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP), instacron:RCAAP
Publication Year :
2007
Publisher :
HAL CCSD, 2007.

Abstract

Results are presented from the first underground data run of ZEPLIN-II, a 31 kg two phase xenon detector developed to observe nuclear recoils from hypothetical weakly interacting massive dark matter particles. Discrimination between nuclear recoils and background electron recoils is afforded by recording both the scintillation and ionisation signals generated within the liquid xenon, with the ratio of these signals being different for the two classes of event. This ratio is calibrated for different incident species using an AmBe neutron source and Co-60 gamma-ray sources. From our first 31 live days of running ZEPLIN-II, the total exposure following the application of fiducial and stability cuts was 225 kgxdays. A background population of radon progeny events was observed in this run, arising from radon emission in the gas purification getters, due to radon daughter ion decays on the surfaces of the walls of the chamber. An acceptance window, defined by the neutron calibration data, of 50% nuclear recoil acceptance between 5 keVee and 20 keVee, had an observed count of 29 events, with a summed expectation of 28.6+/-4.3 gamma-ray and radon progeny induced background events. These figures provide a 90% c.l. upper limit to the number of nuclear recoils of 10.4 events in this acceptance window, which converts to a WIMP-nucleon spin-independent cross-section with a minimum of 6.6x10^-7 pb following the inclusion of an energy dependent, calibrated, efficiency. A second run is currently underway in which the radon progeny will be eliminated, thereby removing the background population, with a projected sensitivity of 2x10^-7 pb for similar exposures as the first run.<br />Comment: 38 Pages, 16 Figures, (v2: corrected table 2 description)

Details

Language :
English
ISSN :
09276505
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astroparticle Physics, Astroparticle Physics, 2007, 28, pp.287-302. ⟨10.1016/J.ASTROPARTPHYS.2007.06.002⟩, Astroparticle Physics, Elsevier, 2007, 28, pp.287-302. ⟨10.1016/J.ASTROPARTPHYS.2007.06.002⟩, Astroparticle Physics, Elsevier, 2007, 28, pp.287-302. ⟨10.1016/j.astropartphys.2007.06.002⟩, Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal, Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP), instacron:RCAAP
Accession number :
edsair.doi.dedup.....e8f6b1f9a4b78f8c6d9cff62c313ed99