DarkSide-20k sensitivity to light dark matter particles
-
期刊论文
-
出版模式：
开放获取
-
发表日期：
2024年12月26日
- F. Acerbi,
- P. Adhikari,
- P. Agnes,
- I. Ahmad,
- S. Albergo,
- I. F. M. Albuquerque,
- T. Alexander,
- A. K. Alton,
- P. Amaudruz,
- M. Angiolilli,
- E. Aprile,
- R. Ardito,
- M. Atzori Corona,
- D. J. Auty,
- M. Ave,
- I. C. Avetisov,
- O. Azzolini,
- H. O. Back,
- Z. Balmforth,
- A. Barrado Olmedo,
- P. Barrillon,
- G. Batignani,
- P. Bhowmick,
- S. Blua,
- V. Bocci,
- W. Bonivento,
- B. Bottino,
- M. G. Boulay,
- A. Buchowicz,
- S. Bussino,
- J. Busto,
- M. Cadeddu,
- M. Cadoni,
- R. Calabrese,
- V. Camillo,
- A. Caminata,
- N. Canci,
- A. Capra,
- M. Caravati,
- M. Cárdenas-Montes,
- N. Cargioli,
- M. Carlini,
- A. Castellani,
- P. Castello,
- P. Cavalcante,
- S. Cebrian,
- J. M. Cela Ruiz,
- S. Chashin,
- A. Chepurnov,
- L. Cifarelli,
- D. Cintas,
- M. Citterio,
- B. Cleveland,
- Y. Coadou,
- V. Cocco,
- D. Colaiuda,
- E. Conde Vilda,
- L. Consiglio,
- B. S. Costa,
- M. Czubak,
- M. D’Aniello,
- S. D’Auria,
- M. D. Da Rocha Rolo,
- G. Darbo,
- S. Davini,
- S. De Cecco,
- G. De Guido,
- G. Dellacasa,
- A. V. Derbin,
- A. Devoto,
- F. Di Capua,
- A. Di Ludovico,
- L. Di Noto,
- P. Di Stefano,
- L. K. Dias,
- D. Díaz Mairena,
- X. Ding,
- C. Dionisi,
- G. Dolganov,
- F. Dordei,
- V. Dronik,
- A. Elersich,
- E. Ellingwood,
- T. Erjavec,
- M. Fernandez Diaz,
- A. Ficorella,
- G. Fiorillo,
- P. Franchini,
- D. Franco,
- H. Frandini Gatti,
- E. Frolov,
- F. Gabriele,
- D. Gahan,
- C. Galbiati,
- G. Galiński,
- G. Gallina,
- G. Gallus,
- M. Garbini,
- P. Garcia Abia,
- A. Gawdzik,
- A. Gendotti,
- A. Ghisi,
- G. K. Giovanetti,
- V. Goicoechea Casanueva,
- A. Gola,
- L. Grandi,
- G. Grauso,
- G. Grilli di Cortona,
- A. Grobov,
- M. Gromov,
- M. Guerzoni,
- M. Gulino,
- C. Guo,
- B. R. Hackett,
- A. Hallin,
- A. Hamer,
- M. Haranczyk,
- B. Harrop,
- T. Hessel,
- S. Hill,
- S. Horikawa,
- J. Hu,
- F. Hubaut,
- J. Hucker,
- T. Hugues,
- E. V. Hungerford,
- A. Ianni,
- V. Ippolito,
- A. Jamil,
- C. Jillings,
- S. Jois,
- P. Kachru,
- R. Keloth,
- N. Kemmerich,
- A. Kemp,
- C. L. Kendziora,
- M. Kimura,
- K. Kondo,
- G. Korga,
- L. Kotsiopoulou,
- S. Koulosousas,
- A. Kubankin,
- P. Kunzé,
- M. Kuss,
- M. Kuźniak,
- M. Kuzwa,
- M. La Commara,
- M. Lai,
- E. Le Guirriec,
- E. Leason,
- A. Leoni,
- L. Lidey,
- M. Lissia,
- L. Luzzi,
- O. Lychagina,
- O. Macfadyen,
- I. N. Machulin,
- S. Manecki,
- I. Manthos,
- L. Mapelli,
- A. Marasciulli,
- S. M. Mari,
- C. Mariani,
- J. Maricic,
- M. Martinez,
- C. J. Martoff,
- G. Matteucci,
- K. Mavrokoridis,
- A. B. McDonald,
- J. Mclaughlin,
- S. Merzi,
- A. Messina,
- R. Milincic,
- S. Minutoli,
- A. Mitra,
- S. Moioli,
- J. Monroe,
- E. Moretti,
- M. Morrocchi,
- T. Mroz,
- V. N. Muratova,
- M. Murphy,
- M. Murra,
- C. Muscas,
- P. Musico,
- R. Nania,
- M. Nessi,
- G. Nieradka,
- K. Nikolopoulos,
- E. Nikoloudaki,
- J. Nowak,
- K. Olchanski,
- A. Oleinik,
- V. Oleynikov,
- P. Organtini,
- A. Ortiz de Solórzano,
- M. Pallavicini,
- L. Pandola,
- E. Pantic,
- E. Paoloni,
- D. Papi,
- G. Pastuszak,
- G. Paternoster,
- A. Peck,
- P. A. Pegoraro,
- K. Pelczar,
- L. A. Pellegrini,
- R. Perez,
- F. Perotti,
- V. Pesudo,
- S. Piacentini,
- N. Pino,
- G. Plante,
- A. Pocar,
- M. Poehlmann,
- S. Pordes,
- P. Pralavorio,
- D. Price,
- S. Puglia,
- M. Queiroga Bazetto,
- F. Ragusa,
- Y. Ramachers,
- A. Ramirez,
- S. Ravinthiran,
- M. Razeti,
- A. L. Renshaw,
- M. Rescigno,
- F. Retiere,
- L. P. Rignanese,
- A. Rivetti,
- A. Roberts,
- C. Roberts,
- G. Rogers,
- L. Romero,
- M. Rossi,
- A. Rubbia,
- D. Rudik,
- M. Sabia,
- P. Salomone,
- O. Samoylov,
- E. Sandford,
- S. Sanfilippo,
- D. Santone,
- R. Santorelli,
- E. M. Santos,
- C. Savarese,
- E. Scapparone,
- G. Schillaci,
- F. G. Schuckman II,
- G. Scioli,
- D. A. Semenov,
- V. Shalamova,
- A. Sheshukov,
- M. Simeone,
- P. Skensved,
- M. D. Skorokhvatov,
- O. Smirnov,
- T. Smirnova,
- B. Smith,
- A. Sotnikov,
- F. Spadoni,
- M. Spangenberg,
- R. Stefanizzi,
- A. Steri,
- V. Stornelli,
- S. Stracka,
- S. Sulis,
- A. Sung,
- C. Sunny,
- Y. Suvorov,
- A. M. Szelc,
- O. Taborda,
- R. Tartaglia,
- A. Taylor,
- J. Taylor,
- S. Tedesco,
- G. Testera,
- K. Thieme,
- A. Thompson,
- A. Tonazzo,
- S. Torres-Lara,
- A. Tricomi,
- E. V. Unzhakov,
- T. J. Vallivilayil,
- M. Van Uffelen,
- L. Velazquez-Fernandez,
- T. Viant,
- S. Viel,
- A. Vishneva,
- R. B. Vogelaar,
- J. Vossebeld,
- B. Vyas,
- M. B. Walczak,
- Y. Wang,
- H. Wang,
- S. Westerdale,
- L. Williams,
- R. Wojaczyński,
- M. Wojcik,
- M. M. Wojcik,
- T. Wright,
- Y. Xie,
- C. Yang,
- J. Yin,
- A. Zabihi,
- P. Zakhary,
- A. Zani,
- Y. Zhang,
- T. Zhu,
- A. Zichichi,
- G. Zuzel,
- M. P. Zykova
摘要
The dual-phase liquid argon time projection chamber is presently one of the leading technologies to search for dark matter particles with masses below 10 GeV c−2. This was demonstrated by the DarkSide-50 experiment with approximately 50 kg of low-radioactivity liquid argon as target material. The next generation experiment DarkSide-20k, currently under construction, will use 1,000 times more argon and is expected to start operation in 2027. Based on the DarkSide-50 experience, here we assess the DarkSide-20k sensitivity to models predicting light dark matter particles, including Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) and sub-GeV c−2 particles interacting with electrons in argon atoms. With one year of data, a sensitivity improvement to dark matter interaction cross-sections by at least one order of magnitude with respect to DarkSide-50 is expected for all these models. A sensitivity to WIMP–nucleon interaction cross-sections below 1 × 10−42 cm2 is achievable for WIMP masses above 800 MeV c−2. With 10 years exposure, the neutrino fog can be reached for WIMP masses around 5 GeV c−2.