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

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. (Universidad de Zaragoza) ; 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. ; 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. ; La Commara, M. ; Lai, M. ; Le Guirriec, E. ; Leason, E. ; Longo, G. ; Luzzi, L. ; Margotti, A. ; Mari, S.M. ; Mariani, C. ; Marini, A. ; Martínez, M. (Universidad de Zaragoza) ; Masoni, A. ; Mazzi, A. ; McDonald, A.¿B. ; Messina, A. ; Monroe, J. ; Morrocchi, M. ; Muscas, C. ; Musico, P. ; Nania, R. ; Napolitano, T. ; Nessi, M. ; Organtini, P. ; Ortiz de Solórzano, A. ; Pagani, L. ; Pallavicini, M. ; Pandola, L. ; Paoloni, E. ; Paternoster, G. ; Pegoraro, P.A. ; Pellegrino, C. ; Perotti, F. ; Pesudo, V. ; Piacentini, S. ; Pietropaolo, F. ; Pino, N. ; Pira, C. ; Pocar, A. ; Pralavorio, P. ; Price, D. ; Raffaelli, F. ; Ragusa, F. ; Ramachers, Y. ; Ramirez, A. ; Razeti, M. ; Razeto, A. ; 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. ; Saffold, T.R. ; Samoylov, O. ; Sandford, E. ; Sanfilippo, S. ; Santone, D. ; Santorelli, R. ; Savarese, C. ; Scapparone, E. ; Scioli, G. ; Shchagin, A. ; Sheshukov, A. ; Simeone, M. ; Smith, B. ; Stefanizzi, R. ; Steri, A. ; Tartaglia, R. ; Taylor, A. ; Taylor, J. ; Tedesco, S. ; Testera, G. ; Thieme, K. ; Thorpe, T.¿N. ; Tonazzo, A. ; Torres-Lara, S. ; Viel, S.

Resumen: Dark matter lighter than 10  GeV/c2 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 10  MeV/c2 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.

Idioma: Inglés

DOI: 10.1103/PhysRevD.107.112006

Año: 2023

Publicado en: Physical Review D 107, 11 (2023), 112006 [19 pp.]
ISSN: 2470-0010

Factor impacto JCR: 4.6 (2023)

Categ. JCR: PHYSICS, PARTICLES & FIELDS rank: 7 / 31 = 0.226 (2023) - Q1 - T1
Categ. JCR: ASTRONOMY & ASTROPHYSICS rank: 17 / 84 = 0.202 (2023) - Q1 - T1

Factor impacto CITESCORE: 9.3 - Nuclear and High Energy Physics (Q1)

Factor impacto SCIMAGO: 1.587 - Physics and Astronomy (miscellaneous) (Q1) - Nuclear and High Energy Physics (Q1)

Financiación: info:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/952480/EU/Novel technologies for dark matter search and frontier astroparticle physics experiments/DarkWave
Financiación: info:eu-repo/grantAgreement/ES/MICINN/PID2019-109374GB-I00

Tipo y forma: Article (PostPrint)

Área (Departamento): Área Física Atóm.Molec.y Nucl. (Dpto. Física Teórica)