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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/c2. 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/c2 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/c2. With 10 years exposure, the neutrino fog can be reached for WIMP masses around 5 GeV/c2.
DarkSide-20k sensitivity to light dark matter particles / Zykova, M.P., Zuzel, G., Zichichi, A., Zhu, T., Zhang, Y., Zani, A., Zakhary, P., Zabihi, A., Yin, J., Yang, C., Xie, Y., Wright, T., Wojcik, M.M., Wojcik, M., Wojaczynski, R., Williams, L., Westerdale, S., Wang, H., Wang, Y., Walczak, M.B., et al.. - In: COMMUNICATIONS PHYSICS. - ISSN 2399-3650. - ELETTRONICO. - 7:1(2024), pp. 422-422. [10.1038/s42005-024-01896-z]
DarkSide-20k sensitivity to light dark matter particles
Zykova M. P.;Zuzel G.;Zichichi A.;Zhu T.;Zhang Y.;Zani A.;Zakhary P.;Zabihi A.;Yin J.;Yang C.;Xie Y.;Wright T.;Wojcik M. M.;Wojcik M.;Wojaczynski R.;Williams L.;Westerdale S.;Wang H.;Wang Y.;Walczak M. B.;Vyas B.;Vossebeld J.;Vogelaar R. B.;Vishneva A.;Viel S.;Viant T.;Velazquez-Fernandez L.;Van Uffelen M.;Vallivilayil T. J.;Unzhakov E. V.;Tricomi A.;Torres-Lara S.;Tonazzo A.;Thompson A.;Thieme K.;Testera G.;Tedesco S.;Taylor J.;Taylor A.;Tartaglia R.;Taborda O.;Szelc A. M.;Suvorov Y.;Sunny C.;Sung A.;Sulis S.;Stracka S.;Stornelli V.;Steri A.;Stefanizzi R.;Spangenberg M.;Spadoni F.;Sotnikov A.;Smith B.;Smirnova T.;Smirnov O.;Skorokhvatov M. D.;Skensved P.;Simeone M.;Sheshukov A.;Shalamova V.;Semenov D. A.;Scioli G.;Schuckman II F. G.;Schillaci G.;Scapparone E.;Savarese C.;Santos E. M.;Santorelli R.;Santone D.;Sanfilippo S.;Sandford E.;Samoylov O.;Salomone P.;Sabia M.;Rudik D.;Rubbia A.;Rossi M.;Romero L.;Rogers G.;Roberts C.;Roberts A.;Rivetti A.;Rignanese L. P.;Retiere F.;Rescigno M.;Renshaw A. L.;Razeti M.;Ravinthiran S.;Ramirez A.;Ramachers Y.;Ragusa F.;Queiroga Bazetto M.;Puglia S.;Price D.;Pralavorio P.;Pordes S.;Poehlmann M.;Pocar A.;Plante G.;Pino N.;Piacentini S.;Pesudo V.;Perotti F.;Perez R.;Pellegrini L. A.;Pelczar K.;Pegoraro P. A.;Peck A.;Paternoster G.;Pastuszak G.;Papi D.;Paoloni E.;Pantic E.;Pandola L.;Pallavicini M.;Ortiz de Solorzano A.;Organtini P.;Oleynikov V.;Oleinik A.;Olchanski K.;Nowak J.;Nikoloudaki E.;Nikolopoulos K.;Nieradka G.;Nessi M.;Nania R.;Musico P.;Muscas C.;Murra M.;Murphy M.;Muratova V. N.;Mroz T.;Morrocchi M.;Moretti E.;Monroe J.;Moioli S.;Mitra A.;Minutoli S.;Milincic R.;Messina A.;Merzi S.;Mclaughlin J.;McDonald A. B.;Mavrokoridis K.;Matteucci G.;Martoff C. J.;Martinez M.;Maricic J.;Mariani C.;Mari S. M.;Marasciulli A.;Mapelli L.;Manthos I.;Manecki S.;Machulin I. N.;Macfadyen O.;Lychagina O.;Luzzi L.;Lissia M.;Lidey L.;Leoni A.;Leason E.;Le Guirriec E.;Lai M.;La Commara M.;Kuzwa M.;Kuzniak M.;Kuss M.;Kunze P.;Kubankin A.;Koulosousas S.;Kotsiopoulou L.;Korga G.;Kondo K.;Kimura M.;Kendziora C. L.;Kemp A.;Kemmerich N.;Keloth R.;Kachru P.;Jois S.;Jillings C.;Jamil A.;Ippolito V.;Ianni A.;Hungerford E. V.;Hugues T.;Hucker J.;Hubaut F.;Hu J.;Horikawa S.;Hill S.;Hessel T.;Harrop B.;Haranczyk M.;Hamer A.;Hallin A.;Hackett B. R.;Guo C.;Gulino M.;Guerzoni M.;Gromov M.;Grobov A.;Grilli di Cortona G.;Grauso G.;Grandi L.;Gola A.;Goicoechea Casanueva V.;Giovanetti G. K.;Ghisi A.;Gendotti A.;Gawdzik A.;Garcia Abia P.;Garbini M.;Gallus G.;Gallina G.;Galinski G.;Galbiati C.;Gahan D.;Gabriele F.;Frolov E.;Frandini Gatti H.;Franco D.;Franchini P.;Fiorillo G.;Ficorella A.;Fernandez Diaz M.;Erjavec T.;Ellingwood E.;Elersich A.;Dronik V.;Dordei F.;Dolganov G.;Dionisi C.;Ding X.;Diaz Mairena D.;Dias L. K.;Di Stefano P.;Di Noto L.;Di Ludovico A.;Di Capua F.;Devoto A.;Derbin A. V.;Dellacasa G.;De Guido G.;De Cecco S.;Davini S.;Darbo G.;Da Rocha Rolo M. D.;D'Auria S.;D'Aniello M.;Czubak M.;Costa B. S.;Consiglio L.;Conde Vilda E.;Colaiuda D.;Cocco V.;Coadou Y.;Cleveland B.;Citterio M.;Cintas D.;Cifarelli L.;Chepurnov A.;Chashin S.;Cela Ruiz J. M.;Cebrian S.;Cavalcante P.;Castello P.;Castellani A.;Carlini M.;Cargioli N.;Cardenas-Montes M.;Caravati M.;Capra A.;Canci N.;Caminata A.;Camillo V.;Calabrese R.;Cadoni M.;Cadeddu M.;Busto J.;Bussino S.;Buchowicz A.;Boulay M. G.;Bottino B.;Bonivento W.;Bocci V.;Blua S.;Bhowmick P.;Batignani G.;Barrillon P.;Barrado Olmedo A.;Balmforth Z.;Back H. O.;Azzolini O.;Avetisov I. C.;Ave M.;Auty D. J.;Atzori Corona M.;Ardito R.;Aprile E.;Angiolilli M.;Amaudruz P.;Alton A. K.;Alexander T.;Albuquerque I. F. M.;Albergo S.;Ahmad I.;Agnes P.;Adhikari P.;Acerbi F.;The DarkSide-20k Collaboration
2024
Abstract
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/c2. 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/c2 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/c2. With 10 years exposure, the neutrino fog can be reached for WIMP masses around 5 GeV/c2.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11583/3013768
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