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Dark matter detection experiments using liquid argon rely on a precise characterization of the ionization response to nuclear recoils, especially in the keVenergy range relevant for light dark matter interactions. In this work, we present a comprehensive analysis that combines new measurements from the ReD setup, part of the DarkSide experimental program, with calibration data from DarkSide-50, as well as results from the ARIS and SCENE experiments. These combined datasets enable improved constraints on atomic screening effects in the modeling of the ionization response of liquid argon to nuclear recoils. The analysis is performed within the Thomas-Imel recombination framework adopted in previous DarkSide studies, and is here further constrained by the inclusion of ReD data, which allow the screening function to be determined from calibration measurements. By including the updated ionization model into the DarkSide-50 analysis framework, we obtain stronger exclusion limits on low-mass weakly interacting massive particle (WIMP) interactions, setting new world-leading constraints in the 1–3 GeV=c2 WIMP mass range. Finally, we recast the sensitivity projections for the upcoming DarkSide-20k detector, demonstrating a significantly enhanced discovery potential for low-mass dark matter candidates.
Sensitivity to low-mass WIMPs with an improved liquid argon ionization response model within the DarkSide program / Acerbi, F., Adhikari, P., Agnes, P., Ahmad, I., Albergo, S., Albuquerque, I. f., Alexander, T., Alton, A. k., Amaudruz, P., Angiolilli, M., Aprile, E., Atzori Corona, M., Auty, D. j., Ave, M., Avetisov, I. c., Azzolini, O., Back, H. o., Balmforth, Z., Barrado Olmedo, A. i., Barrillon, P., et al.. - In: PHYSICAL REVIEW D. - ISSN 2470-0010. - ELETTRONICO. - 113:12(2026), pp. 1-10. [10.1103/x3vt-q676]
Sensitivity to low-mass WIMPs with an improved liquid argon ionization response model within the DarkSide program
Acerbi, F.;Adhikari, P.;Agnes, P.;Ahmad, I.;Albergo, S.;Albuquerque, I. F.;Alexander, T.;Alton, A. K.;Amaudruz, P.;Angiolilli, M.;Aprile, E.;Atzori Corona, M.;Auty, D. J.;Ave, M.;Avetisov, I. C.;Azzolini, O.;Back, H. O.;Balmforth, Z.;Barrado Olmedo, A. I.;Barrillon, P.;Batignani, G.;Bharat, S.;Bhowmick, P.;Blua, S.;Bocci, V.;Bonivento, W.;Bottino, B.;Boulay, M. G.;Braun, T.;Buchowicz, A.;Bussino, S.;Busto, J.;Cadeddu, M.;Calabrese, R.;Camillo, V.;Caminata, A.;Canci, N.;Caravati, M.;Cárdenas-Montes, M.;Cargioli, N.;Carlini, M.;Cavalcante, P.;Cebrian, S.;Chashin, S.;Chepurnov, A.;Choudhary, S.;Cifarelli, L.;Cleveland, B.;Coadou, Y.;Coarasa, I.;Cocco, V.;Conde Vilda, E.;Consiglio, L.;Cortez, A. F. V.;Costa, B. S.;Czubak, M.;D'Auria, S.;Da Rocha Rolo, M. D.;Dainty, A.;Darbo, G.;Davini, S.;de Asmundis, R.;De Cecco, S.;De Napoli, M.;Dellacasa, G.;Derbin, A. V.;Di Noto, L.;Di Stefano, P.;Dias, L. K.;Díaz Mairena, D.;Dionisi, C.;Dolganov, G.;Dordei, F.;Dronik, V.;Elersich, A.;Erjavec, T.;Fearon, N.;Fernández Díaz, M.;Ferro, L.;Ficorella, A.;Fiorillo, G.;Fleming, D.;Franchini, P.;Franco, D.;Frandini Gatti, H.;Frolov, E.;Gabriele, F.;Gahan, D.;Galbiati, C.;Galiński, G.;Gallina, G.;Garbini, M.;Garcia Abia, P.;Gawdzik, A.;Giovanetti, G. K.;Goicoechea Casanueva, V.;Gola, A.;Grandi, L.;Grauso, G.;Grilli di Cortona, G.;Grobov, A.;Gromov, M.;Guerrero Cánovas, J.;Gulino, M.;Hackett, B. R.;Hallin, A. L.;Haranczyk, M.;Harrop, B.;Hessel, T.;Hidalgo, C.;Hollingham, J.;Horikawa, S.;Hu, J.;Hubaut, F.;Huff, D.;Hugues, T.;Hungerford, E. V.;Ianni, An.;Ippolito, V.;Jamil, A.;Jillings, C.;Keloth, R.;Kemmerich, N.;Kemp, A.;Kimura, M.;Klenin, A.;Kondo, K.;Korga, G.;Kotsiopoulou, L.;Koulosousas, S.;Kubankin, A.;Kunzé, P.;Kuss, M.;Kuźniak, M.;Kuzwa, M.;La Commara, M.;Lai, M.;Le Guirriec, E.;Leason, E.;Leoni, A.;Lidey, L.;Lipp, J.;Lissia, M.;Luzzi, L.;Lychagina, O.;Macfadyen, O.;Machts, I.;Machulin, I. N.;Manecki, S.;Manthos, I.;Mapelli, L.;Marasciulli, A.;Mari, S. M.;Mariani, C.;Maricic, J.;Martinez, M.;Martoff, C. J.;Matteucci, G.;Mavrokoridis, K.;McDonald, A. B.;Merzi, S.;Messina, A.;Milincic, R.;Minutoli, S.;Mitra, A.;Monroe, J.;Morrocchi, M.;Morsy, A.;Muratova, V. N.;Murra, M.;Musico, P.;Nania, R.;Nessi, M.;Nieradka, G.;Nikolopoulos, K.;Nikoloudaki, E.;Nikulin, I.;Nowak, J.;Olchanski, K.;Oleinik, A.;Oleynikov, V.;Organtini, P.;Ortiz de Solórzano, A.;Padmanabhan, A.;Pallavicini, M.;Pandola, L.;Pantic, E.;Paoloni, E.;Papi, D.;Park, B.;Pastuszak, G.;Paternoster, G.;Pavarani, R.;Peck, A.;Pelczar, K.;Perez, R.;Pesudo, V.;Piacentini, S.;Pino, N.;Plante, G.;Pocar, A.;Pordes, S.;Pralavorio, P.;Preosti, E.;Price, D.;Pronesti, M.;Puglia, S.;Queiroga Bazetto, M.;Raffaelli, F.;Ragusa, F.;Ramachers, Y.;Ramirez, A.;Ravinthiran, S.;Razeti, M.;Renshaw, A. L.;Repond, A.;Rescigno, M.;Resconi, S.;Retiere, F.;Rignanese, L. P.;Ritchie-Yates, A.;Rivetti, A.;Roberts, A.;Roberts, C.;Rogers, G.;Romero, L.;Rossi, M.;Rudik, D.;Runge, J.;Sabia, M. A.;Sablone, D.;Salomone, P.;Samoylov, O.;Sanfilippo, S.;Santone, D.;Santorelli, R.;Santos, E. M.;Sargeant, I.;Sarsa, M. L.;Savarese, C.;Scapparone, E.;Schuckman, F. G.;Semenov, D. A.;Seoane, C.;Sestu, M.;Shalamova, V.;Sharma Poudel, S.;Sheshukov, A.;Simeone, M.;Skensved, P.;Skorokhvatov, M. D.;Smirnov, O.;Smirnova, T.;Smith, B.;Spadoni, F.;Spangenberg, M.;Steri, A.;Stornelli, V.;Stracka, S.;Sung, A.;Sunny, C.;Suvorov, Y.;Szelc, A. M.;Taborda, O.;Tartaglia, R.;Taylor, A.;Taylor, J.;Testera, G.;Thieme, K.;Thompson, A.;Torres-Lara, S.;Tricomi, A.;Tullio, S.;Unzhakov, E. V.;Van Uffelen, M.;Ventura, P.;Vera Díaz, G.;Viel, S.;Vishneva, A.;Vogelaar, R. B.;Vossebeld, J.;Vyas, B.;Wada, M.;Walczak, M.;Wang, Y.;Westerdale, S.;Williams, L.;Wojcik, M. M.;Wojcik, M.;Yang, C.;Yin, J.;Zabihi, A.;Zakhary, P.;Zani, A.;Zhang, Y.;Zhu, T.;Zichichi, A.;Zuzel, G.;Zykova, M. P.;null, null
2026
Abstract
Dark matter detection experiments using liquid argon rely on a precise characterization of the ionization response to nuclear recoils, especially in the keVenergy range relevant for light dark matter interactions. In this work, we present a comprehensive analysis that combines new measurements from the ReD setup, part of the DarkSide experimental program, with calibration data from DarkSide-50, as well as results from the ARIS and SCENE experiments. These combined datasets enable improved constraints on atomic screening effects in the modeling of the ionization response of liquid argon to nuclear recoils. The analysis is performed within the Thomas-Imel recombination framework adopted in previous DarkSide studies, and is here further constrained by the inclusion of ReD data, which allow the screening function to be determined from calibration measurements. By including the updated ionization model into the DarkSide-50 analysis framework, we obtain stronger exclusion limits on low-mass weakly interacting massive particle (WIMP) interactions, setting new world-leading constraints in the 1–3 GeV=c2 WIMP mass range. Finally, we recast the sensitivity projections for the upcoming DarkSide-20k detector, demonstrating a significantly enhanced discovery potential for low-mass dark matter candidates.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11583/3015020
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simulazione ASN
Il report seguente simula gli indicatori relativi alla propria produzione scientifica in relazione alle soglie ASN 2023-2025 del proprio SC/SSD. Si ricorda che il superamento dei valori soglia (almeno 2 su 3) è requisito necessario ma non sufficiente al conseguimento dell'abilitazione. La simulazione si basa sui dati IRIS e sugli indicatori bibliometrici alla data indicata e non tiene conto di eventuali periodi di congedo obbligatorio, che in sede di domanda ASN danno diritto a incrementi percentuali dei valori. La simulazione può differire dall'esito di un’eventuale domanda ASN sia per errori di catalogazione e/o dati mancanti in IRIS, sia per la variabilità dei dati bibliometrici nel tempo. Si consideri che Anvur calcola i valori degli indicatori all'ultima data utile per la presentazione delle domande.
La presente simulazione è stata realizzata sulla base delle specifiche raccolte sul tavolo ER del Focus Group IRIS coordinato dall’Università di Modena e Reggio Emilia e delle regole riportate nel DM 589/2018 e allegata Tabella A. Cineca, l’Università di Modena e Reggio Emilia e il Focus Group IRIS non si assumono alcuna responsabilità in merito all’uso che il diretto interessato o terzi faranno della simulazione. Si specifica inoltre che la simulazione contiene calcoli effettuati con dati e algoritmi di pubblico dominio e deve quindi essere considerata come un mero ausilio al calcolo svolgibile manualmente o con strumenti equivalenti.
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