CERN Accelerating science

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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. 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(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. 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(PNL, Richland) ; Lipp, J. (Rutherford) ; Lissia, M. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Longo, G. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Luzzi, L. (Madrid, CIEMAT) ; Macfadyen, O. (Royal Holloway, U. of London) ; Machulin, I.N. (Kurchatov Inst., Moscow ; Moscow Phys. Eng. Inst.) ; Manthos, I. (Birmingham U.) ; Mapelli, L. (Princeton U.) ; Margotti, A. (INFN, Bologna) ; Mari, S.M. (Rome III U. ; INFN, Rome3) ; Mariani, C. (Virginia Tech.) ; Maricic, J. (Hawaii U.) ; Marini, A. (INFN, Genoa ; Genoa U.) ; Martínez, M. (Zaragoza U. ; ARAID, Zaragoza) ; Martoff, C.J. (Temple U.) ; Masoni, A. (Cagliari U. ; INFN, Cagliari) ; Mavrokoridis, K. (Liverpool U.) ; Mazzi, A. (Fond. Bruno Kessler, Trento ; Trento U.) ; McDonald, A.B. (Queen's U., Kingston) ; Messina, A. (INFN, Rome ; Rome U.) ; Milincic, R. (Hawaii U.) ; Moggi, A. (INFN, Pisa) ; Moharana, A. (INFN, Aquila ; Rome U., Tor Vergata ; Gran Sasso) ; Monroe, J. (Royal Holloway, U. of London) ; Morrocchi, M. (INFN, Pisa ; Pisa U.) ; Mozhevitina, E.N. (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. 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(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. 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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



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 Rekord stworzony 2022-09-07, ostatnia modyfikacja 2024-09-05


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