Główna > Sensitivity projections for a dual-phase argon TPC optimized for light dark matter searches through the ionization channel |
Article | |
Report number | arXiv:2209.01177 |
Title | Sensitivity projections for a dual-phase argon TPC optimized for light dark matter searches through the ionization channel |
Author(s) |
Agnes, P. (Royal Holloway, U. of London ; TRIUMF) ; Ahmad, I. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Albergo, S. (Messina U. ; INFN, Catania ; Catania U.) ; Albuquerque, I.F.M. (Sao Paulo U.) ; Alexander, T. (PNL, Richland) ; Alton, A.K. (Wisconsin U., River Falls) ; Amaudruz, P. (TRIUMF) ; Atzori Corona, M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Auty, D.J. (Alberta U.) ; Ave, M. (Sao Paulo U.) ; Avetisov, I.Ch. (Lomonosov Inst. Fine Chem. Tech.) ; Avetisov, R.I. (Lomonosov Inst. Fine Chem. Tech.) ; Azzolini, O. (INFN, Legnaro) ; Back, H.O. (PNL, Richland) ; Balmforth, Z. (Royal Holloway, U. of London) ; Barbarian, V. (SINP, Moscow) ; Barrado Olmedo, A. (Madrid, CIEMAT) ; Barrillon, P. (Marseille, CPPM) ; Basco, A. (INFN, Naples) ; Batignani, G. (INFN, Pisa ; Pisa U.) ; Berzin, E. (Princeton U.) ; Bondar, A. (Novosibirsk, IYF ; Novosibirsk State U.) ; Bonivento, W.M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Borisova, E. (Novosibirsk, IYF ; Novosibirsk State U.) ; Bottino, B. (INFN, Genoa ; Genoa U.) ; Boulay, M.G. (Carleton U.) ; Buccino, G. (Gran Sasso) ; Bussino, S. (Rome III U. ; INFN, Rome3) ; Busto, J. (Marseille, CPPM) ; Buzulutskov, A. (Novosibirsk, IYF ; Novosibirsk State U.) ; Cadeddu, M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Cadoni, M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Caminata, A. (INFN, Genoa) ; Canci, N. (INFN, Naples) ; Capra, A. (TRIUMF) ; Caprioli, S. (INFN, Genoa) ; Caravati, M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Cárdenas-Montes, M. (Madrid, CIEMAT) ; Cargioli, N. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Carlini, M. (Gran Sasso) ; Castello, P. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Cataudella, V. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Cavalcante, P. (Gran Sasso) ; Cavuoti, S. (Naples U. ; INFN, Naples ; Capodimonte Observ.) ; Cebrian, S. (Zaragoza U.) ; Cela Ruiz, J.M. (Madrid, CIEMAT) ; Chashin, S. (SINP, Moscow) ; Chepurnov, A. (SINP, Moscow) ; Chyhyrynets, E. (INFN, Legnaro) ; Cicalò, C. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Cifarelli, L. (Purdue U. ; Bologna U. ; INFN, Bologna) ; Cintas, D. (Zaragoza U.) ; Cocco, V. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Conde Vilda, E. (Madrid, CIEMAT) ; Consiglio, L. (Gran Sasso) ; Copello, S. (INFN, Genoa ; Genoa U.) ; Covone, G. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Cross, S. (Rutherford) ; Czubak, M. (Jagiellonian U.) ; Czudak, P. (Jagiellonian U.) ; D'Aniello, M. (Naples U. ; INFN, Naples) ; D'Auria, S. (INFN, Milan) ; Da Rocha Rolo, M.D. (INFN, Turin) ; Dadoun, O. (Paris U., VI-VII) ; Daniel, M. (Madrid, CIEMAT) ; Davini, S. (INFN, Genoa) ; De Candia, A. (Naples U. ; INFN, Naples) ; De Cecco, S. (INFN, Rome ; Rome U.) ; De Falco, A. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; De Filippis, G. (Naples U. ; INFN, Naples) ; De Gruttola, D. (INFN, Naples ; Salerno U. ; INFN, Salerno) ; De Pasquale, S. (INFN, Naples ; Salerno U. ; INFN, Salerno) ; De Rosa, G. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Dellacasa, G. (INFN, Turin) ; Derbin, A.V. (St. Petersburg, INP) ; Devoto, A. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Di Capua, F. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Di Noto, L. (INFN, Genoa) ; Di Stefano, P. (Queen's U., Kingston) ; Dionisi, C. (INFN, Rome ; Rome U.) ; Dolganov, G. (Kurchatov Inst., Moscow) ; Dordei, F. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Doria, L. (Mainz U., Inst. Kernphys.) ; Erjavec, T. (UC, Davis) ; Fernandez Diaz, M. (Madrid, CIEMAT) ; Fiorillo, G. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Franceschi, A. (Frascati) ; Franchini, P. (Lancaster U. ; Royal Holloway, U. of London) ; Franco, D. (APC, Paris) ; Frolov, E. (Novosibirsk, IYF ; Novosibirsk State U.) ; Funicello, N. (INFN, Naples ; Salerno U. ; INFN, Salerno) ; Gabriele, F. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Gahan, D. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Galbiati, C. (Princeton U. ; Gran Sasso ; INFN, Aquila ; Rome U., Tor Vergata) ; Gallina, G. (Princeton U.) ; Gallus, G. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Garbini, M. (Enrico Fermi Ctr., Rome ; INFN, Bologna) ; Garcia Abia, P. (Madrid, CIEMAT) ; Gendotti, A. (Zurich, ETH) ; Ghiano, C. (Gran Sasso) ; Giampaolo, R.A. (INFN, Turin ; INFN, Aquila ; Rome U., Tor Vergata) ; Giganti, C. (Paris U., VI-VII) ; Giorgi, M.A. (Pisa U. ; INFN, Pisa) ; Giovanetti, G.K. (Williams Coll.) ; Goicoechea Casanueva, V. (Hawaii U.) ; Gola, A. (Fond. Bruno Kessler, Trento ; Trento U.) ; Gorman, D. (Rutherford) ; Graciani Diaz, R. (Barcelona U.) ; Grauso, G. (INFN, Naples) ; Grilli di Cortona, G. (Frascati) ; Grobov, A. (Kurchatov Inst., Moscow ; Moscow Phys. Eng. Inst.) ; Gromov, M. (SINP, Moscow ; Dubna, JINR) ; Guan, M. (Beijing, Inst. High Energy Phys.) ; Guerzoni, M. (INFN, Bologna) ; Gulino, M. (Split Tech. U. ; INFN, LNS) ; Guo, C. (Beijing, Inst. High Energy Phys.) ; Hackett, B.R. (PNL, Richland) ; Hall, J.B. (Princeton U.) ; Hallin, A.L. (Alberta U.) ; Hamer, A. (U. Edinburgh ; Royal Holloway, U. of London) ; Helton, H. (Princeton U.) ; Haranczyk, M. (Jagiellonian U.) ; Hessel, T. (APC, Paris) ; Hill, S. (Royal Holloway, U. of London) ; Horikawa, S. (INFN, Aquila ; L'Aquila U. ; Gran Sasso) ; Hubaut, F. (Marseille, CPPM) ; Hugues, T. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Hungerford, E.V. (Houston U.) ; Ianni, An. (Princeton U. ; Gran Sasso) ; Ippolito, V. (INFN, Rome) ; Jillings, C. (SNOLAB, Lively ; Laurentian U.) ; Kachru, P. (INFN, Aquila ; Rome U., Tor Vergata ; Gran Sasso) ; Kemp, A.A. (Queen's U., Kingston) ; Kendziora, C.L. (Fermilab) ; Keppel, G. (INFN, Legnaro) ; Khomyakov, A.V. (Lomonosov Inst. Fine Chem. Tech.) ; Kimura, M. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Kochanek, I. (Gran Sasso) ; Kondo, K. (Gran Sasso) ; Korga, G. (Royal Holloway, U. of London) ; Koulosousas, S. (Royal Holloway, U. of London) ; Kubankin, A. (Belgorod State U.) ; Kuss, M. (INFN, Pisa) ; Kuźniak, M. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; La Commara, M. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Lai, M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Le Guirriec, E. (Marseille, CPPM) ; Leason, E. (Royal Holloway, U. of London) ; Li, X. (Princeton U.) ; Lidey, L. 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(Lomonosov Inst. Fine Chem. Tech.) ; Mróz, T. (Jagiellonian U.) ; Muratova, V.N. (St. Petersburg, INP) ; Muscas, C. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Musico, P. (INFN, Genoa) ; Nania, R. (INFN, Bologna) ; Napolitano, T. (Frascati) ; Nessi, M. (CERN) ; Nieradka, G. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Nikolopoulos, K. (Birmingham U.) ; Nikulin, I. (Belgorod State U.) ; Nowak, J. (Lancaster U.) ; Olchansky, K. (TRIUMF) ; Oleinik, A. (Belgorod State U.) ; Oleynikov, V. (Novosibirsk, IYF ; Novosibirsk State U.) ; Organtini, P. (Princeton U. ; Gran Sasso) ; Ortiz de Solórzano, A. (Zaragoza U.) ; Pagani, L. (UC, Davis) ; Pallavicini, M. (INFN, Genoa ; Genoa U.) ; Pandola, L. (INFN, LNS) ; Pantic, E. (UC, Davis) ; Paoloni, E. (INFN, Pisa ; Pisa U.) ; Paternoster, G. (Fond. Bruno Kessler, Trento ; Trento U.) ; Pegoraro, P.A. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Pelczar, K. (Jagiellonian U.) ; Pellegrino, C. (INFN, Bologna) ; Perotti, F. (Milan Polytechnic ; INFN, Milan) ; Pesudo, V. (Madrid, CIEMAT) ; Piacentini, S. (Rome U. ; INFN, Rome) ; Pietropaolo, F. (CERN) ; Pino, N. (Messina U. ; INFN, Catania ; Catania U.) ; Pira, C. (INFN, Legnaro) ; Pocar, A. (Massachusetts U., Amherst) ; Poehlmann, D.M. (UC, Davis) ; Pordes, S. (Fermilab) ; Pralavorio, P. (Marseille, CPPM) ; Price, D. (Manchester U.) ; Raffaelli, F. (INFN, Pisa) ; Ragusa, F. (INFN, Milan ; Milan U.) ; Ramachers, Y. (Coventry U.) ; Ramirez, A. (Houston U.) ; Razeti, M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Razeto, A. (Gran Sasso) ; Renshaw, A.L. (Houston U.) ; Rescigno, M. (INFN, Rome) ; Resnati, F. (CERN) ; Retiere, F. (TRIUMF) ; Rignanese, L.P. (INFN, Bologna ; Purdue U. ; Bologna U.) ; Ripoli, C. (INFN, Salerno ; Salerno U. ; INFN, Naples) ; Rivetti, A. (INFN, Turin) ; Roberts, A. (Liverpool U.) ; Roberts, C. (Liverpool U.) ; Rode, J. (Paris U., VI-VII ; APC, Paris) ; Rogers, G. (Birmingham U.) ; Romero, L. (Madrid, CIEMAT) ; Rossi, M. (INFN, Genoa ; Genoa U.) ; Rubbia, A. (Zurich, ETH) ; Sadashivajois, S. (Royal Holloway, U. of London) ; Saffold, T.R. (Williams Coll.) ; Samoylov, O. (Dubna, JINR) ; Sandford, E. (Manchester U.) ; Sanfilippo, S. (INFN, LNS) ; Santone, D. (Royal Holloway, U. of London) ; Santorelli, R. (Madrid, CIEMAT) ; Savarese, C. (Princeton U.) ; Scapparone, E. (INFN, Bologna) ; Scioli, G. (Purdue U. ; Bologna U. ; INFN, Bologna) ; Semenov, D.A. (St. Petersburg, INP) ; Shchagin, A. (Belgorod State U.) ; Sheshukov, A. (Dubna, JINR) ; Simeone, M. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Skensved, P. (Queen's U., Kingston) ; Skorokhvatov, M.D. (Kurchatov Inst., Moscow ; Moscow Phys. Eng. Inst.) ; Smirnov, O. (Dubna, JINR) ; Smirnova, T. (Kurchatov Inst., Moscow) ; Smith, B. (TRIUMF) ; Sokolov, A. (Novosibirsk, IYF ; Novosibirsk State U.) ; Spangenberg, M. (Coventry U.) ; Stefanizzi, R. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Steri, A. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Stracka, S. (INFN, Pisa) ; Strickland, V. (Carleton U.) ; Stringer, M. (Queen's U., Kingston) ; Sulis, S. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Sung, A. (Princeton U.) ; Suvorov, Y. (Naples U. ; INFN, Naples ; Kurchatov Inst., Moscow) ; Szelc, A.M. (U. Edinburgh) ; Türkoğ, C. ; Türkoğlu, C. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Tartaglia, R. (Gran Sasso) ; Taylor, A. (Liverpool U.) ; Taylor, J. (Liverpool U.) ; Tedesco, S. (INFN, Turin ; Polytech. Turin) ; Testera, G. (INFN, Genoa) ; Thieme, K. (Hawaii U.) ; Thorpe, T.N. (UCLA) ; Tonazzo, A. (APC, Paris) ; Torres-Lara, S. (Houston U.) ; Tricomi, A. (Messina U. ; INFN, Catania ; Catania U.) ; Unzhakov, E.V. (St. Petersburg, INP) ; Vallivilayil John, T. (INFN, Aquila ; Rome U., Tor Vergata ; Gran Sasso) ; Van Uffelen, M. (Marseille, CPPM) ; Viant, T. (Zurich, ETH) ; Viel, S. (Carleton U.) ; Vishneva, A. (Dubna, JINR) ; Vogelaar, R.B. (Virginia Tech.) ; Vossebeld, J. (Liverpool U.) ; Wada, M. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr. ; Cagliari U.) ; Walczak, M.B. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Wang, Y. (Beijing, Inst. High Energy Phys. ; Beijing, GUCAS) ; Westerdale, S. (UC, Riverside ; Princeton U.) ; Wheadon, R.J. (INFN, Turin) ; Williams, L. (Lewis - Clark Coll.) ; Wingerter-Seez, I. (Marseille, CPPM) ; Wojaczyński, R. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Wojcik, Ma.M. (Jagiellonian U.) ; Wojcik, Ma. (Lodz, Tech. U.) ; Wright, T. (Virginia Tech.) ; Xie, Y. (Beijing, Inst. High Energy Phys. ; Beijing, GUCAS) ; Yang, C. (Beijing, Inst. High Energy Phys. ; Beijing, GUCAS) ; Zabihi, A. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Zakhary, P. (Warsaw, Copernicus Astron. Ctr.) ; Zani, A. (INFN, Milan) ; Zichichi, A. (Purdue U. ; Bologna U. ; INFN, Bologna) ; Zuzel, G. (Jagiellonian U.) ; Zykova, M.P. (Lomonosov Inst. Fine Chem. Tech.) |
Publication | 2023-06-01 |
Imprint | 2022-09-02 |
Number of pages | 19 |
In: | Phys. Rev. D 107 (2023) 112006 |
DOI | 10.1103/PhysRevD.107.112006 (publication) |
Subject category | hep-ex ; Particle Physics - Experiment ; physics.ins-det ; Detectors and Experimental Techniques |
Abstract | Dark matter lighter than 10 GeV/c$^2$ 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 floor for GeV-scale masses and significant sensitivity down to 10 MeV/c$^2$ 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. |
Copyright/License | preprint: (License: arXiv nonexclusive-distrib 1.0) publication: © 2023 American Physical Society |