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Search for Light Dark Matter Interactions Enhanced by the Migdal Effect or Bremsstrahlung in XENON1T

Authors :
A. Depoian
T. Berger
J. Qin
M. Selvi
T. Zhu
F. D. Amaro
H. Landsman
Guillaume Plante
N. Rupp
M. Iacovacci
Qing Lin
Boris Bauermeister
A. Kopec
N. Upole
D. Cichon
D. Wenz
R. F. Lang
R. Peres
B. Riedel
N. Šarčević
Shingo Kazama
W. Fulgione
P. Di Gangi
K. Morå
M. Messina
P. A. Breur
M. Manenti
J. Ye
Kaixuan Ni
F. Joerg
L. Althueser
A. Elykov
R. Podviianiuk
M. Murra
Elena Aprile
S. Schindler
C. Capelli
Yanxi Zhang
M. Alfonsi
C. Therreau
F. Arneodo
Gian Carlo Trinchero
D. Schulte
Jan Conrad
C. Hasterok
April S. Brown
R. Itay
E. Angelino
Ran Budnik
Uwe Oberlack
F. Toschi
Fabrizio Marignetti
J. Fei
F. Lombardi
D. Ramírez García
Yuehuan Wei
V. Pizzella
M. Garbini
L. Bellagamba
Y. Mosbacher
Giacomo Bruno
A. Di Giovanni
C. Macolino
Jörn Mahlstedt
J. Naganoma
J. P. Zopounidis
Michelle Galloway
J. Howlett
M. L. Benabderrahmane
S. Reichard
O. Wack
Ethan Brown
Marc Schumann
H. Qiu
C. Hils
A. Manfredini
L. Levinson
J. Schreiner
K. Odgers
S. Bruenner
J. Wulf
J. Palacio
Julien Masbou
H. Simgen
M. P. Decowski
Manfred Lindner
J. Pienaar
M. Kobayashi
G. Eurin
K. Micheneau
E. Shockley
Jelle Aalbers
Gabriella Sartorelli
L. Scotto Lavina
Auke-Pieter Colijn
Kate C. Miller
A. D. Ferella
Hongwei Wang
Ch. Weinheimer
J. A. M. Lopes
A. Kish
A. Gallo Rosso
M. Vargas
T. Marrodán Undagoitia
A. Rocchetti
Jean-Pierre Cussonneau
Bart Pelssers
C. Tunnell
C. Wittweg
A. Fieguth
D. Coderre
L. Grandi
G. Koltman
Manuel Gameiro da Silva
A. Molinario
M. Scheibelhut
D. Barge
G. Volta
E. Hogenbirk
V. C. Antochi
P. Shagin
Laura Baudis
Dominique Thers
P. Gaemers
Z. Greene
J.M.F. dos Santos
F. Agostini
Sebastian Lindemann
E. López Fune
S. Mastroianni
Sara Diglio
João Cardoso
F. Gao
P. de Perio
Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH)
Université de Nantes - Faculté des Sciences et des Techniques
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE (UMR_7585))
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
XENON
Aprile, E.
Aalbers, J.
Agostini, F.
Alfonsi, M.
Althueser, L.
Amaro, F. D.
Antochi, V. C.
Angelino, E.
Arneodo, F.
Barge, D.
Baudis, L.
Bauermeister, B.
Bellagamba, L.
Benabderrahmane, M. L.
Berger, T.
Breur, P. A.
Brown, A.
Brown, E.
Bruenner, S.
Bruno, G.
Budnik, R.
Capelli, C.
Cardoso, J. M. R.
Cichon, D.
Coderre, D.
Colijn, A. P.
Conrad, J.
Cussonneau, J. P.
Decowski, M. P.
de Perio, P.
Depoian, A.
Di Gangi, P.
Di Giovanni, A.
Diglio, S.
Elykov, A.
Eurin, G.
Fei, J.
Ferella, A. D.
Fieguth, A.
Fulgione, W.
Gaemers, P.
Gallo Rosso, A.
Galloway, M.
Gao, F.
Garbini, M.
Grandi, L.
Greene, Z.
Hasterok, C.
Hils, C.
Hogenbirk, E.
Howlett, J.
Iacovacci, M.
Itay, R.
Joerg, F.
Kazama, S.
Kish, A.
Kobayashi, M.
Koltman, G.
Kopec, A.
Landsman, H.
Lang, R. F.
Levinson, L.
Lin, Q.
Lindemann, S.
Lindner, M.
Lombardi, F.
Lopes, J. A. M.
López Fune, E.
Macolino, C.
Mahlstedt, J.
Manenti, M.
Manfredini, A.
Marignetti, F.
Marrodán Undagoitia, T.
Masbou, J.
Mastroianni, S.
Messina, M.
Micheneau, K.
Miller, K.
Molinario, A.
Morå, K.
Mosbacher, Y.
Murra, M.
Naganoma, J.
Ni, K.
Oberlack, U.
Odgers, K.
Palacio, J.
Pelssers, B.
Peres, R.
Pienaar, J.
Pizzella, V.
Plante, G.
Podviianiuk, R.
Qin, J.
Qiu, H.
Ramírez García, D.
Reichard, S.
Riedel, B.
Rocchetti, A.
Rupp, N.
dos Santos, J. M. F.
Sartorelli, G.
Šarčević, N.
Scheibelhut, M.
Schindler, S.
Schreiner, J.
Schulte, D.
Schumann, M.
Scotto Lavina, L.
Selvi, M.
Shagin, P.
Shockley, E.
Silva, M.
Simgen, H.
Therreau, C.
Thers, D.
Toschi, F.
Trinchero, G.
Tunnell, C.
Upole, N.
Vargas, M.
Volta, G.
Wack, O.
Wang, H.
Wei, Y.
Weinheimer, C.
Wenz, D.
Wittweg, C.
Wulf, J.
Ye, J.
Zhang, Y.
Zhu, T.
Zopounidis, J. P.
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)
XENON (IHEF, IoP, FNWI)
IoP (FNWI)
Aprile E.
Aalbers J.
Agostini F.
Alfonsi M.
Althueser L.
Amaro F.D.
Antochi V.C.
Angelino E.
Arneodo F.
Barge D.
Baudis L.
Bauermeister B.
Bellagamba L.
Benabderrahmane M.L.
Berger T.
Breur P.A.
Brown A.
Brown E.
Bruenner S.
Bruno G.
Budnik R.
Capelli C.
Cardoso J.M.R.
Cichon D.
Coderre D.
Colijn A.P.
Conrad J.
Cussonneau J.P.
Decowski M.P.
De Perio P.
Depoian A.
Di Gangi P.
Di Giovanni A.
Diglio S.
Elykov A.
Eurin G.
Fei J.
Ferella A.D.
Fieguth A.
Fulgione W.
Gaemers P.
Gallo Rosso A.
Galloway M.
Gao F.
Garbini M.
Grandi L.
Greene Z.
Hasterok C.
Hils C.
Hogenbirk E.
Howlett J.
Iacovacci M.
Itay R.
Joerg F.
Kazama S.
Kish A.
Kobayashi M.
Koltman G.
Kopec A.
Landsman H.
Lang R.F.
Levinson L.
Lin Q.
Lindemann S.
Lindner M.
Lombardi F.
Lopes J.A.M.
Lopez Fune E.
MacOlino C.
Mahlstedt J.
Manenti M.
Manfredini A.
Marignetti F.
Marrodan Undagoitia T.
Masbou J.
Mastroianni S.
Messina M.
Micheneau K.
Miller K.
Molinario A.
Mora K.
Mosbacher Y.
Murra M.
Naganoma J.
Ni K.
Oberlack U.
Odgers K.
Palacio J.
Pelssers B.
Peres R.
Pienaar J.
Pizzella V.
Plante G.
Podviianiuk R.
Qin J.
Qiu H.
Ramirez Garcia D.
Reichard S.
Riedel B.
Rocchetti A.
Rupp N.
Dos Santos J.M.F.
Sartorelli G.
Sarcevic N.
Scheibelhut M.
Schindler S.
Schreiner J.
Schulte D.
Schumann M.
Scotto Lavina L.
Selvi M.
Shagin P.
Shockley E.
Silva M.
Simgen H.
Therreau C.
Thers D.
Toschi F.
Trinchero G.
Tunnell C.
Upole N.
Vargas M.
Volta G.
Wack O.
Wang H.
Wei Y.
Weinheimer C.
Wenz D.
Wittweg C.
Wulf J.
Ye J.
Zhang Y.
Zhu T.
Zopounidis J.P.
Source :
BASE-Bielefeld Academic Search Engine, Phys.Rev.Lett., Phys.Rev.Lett., 2019, 123 (24), pp.241803. ⟨10.1103/PhysRevLett.123.241803⟩, Physical Review Letters, 123(24):241803. American Physical Society, Physical Review Letters
Publication Year :
2019

Abstract

Direct dark matter detection experiments based on a liquid xenon target are leading the search for dark matter particles with masses above ∼5 GeV/c2, but have limited sensitivity to lighter masses because of the small momentum transfer in dark matter-nucleus elastic scattering. However, there is an irreducible contribution from inelastic processes accompanying the elastic scattering, which leads to the excitation and ionization of the recoiling atom (the Migdal effect) or the emission of a bremsstrahlung photon. In this Letter, we report on a probe of low-mass dark matter with masses down to about 85 MeV/c2 by looking for electronic recoils induced by the Migdal effect and bremsstrahlung using data from the XENON1T experiment. Besides the approach of detecting both scintillation and ionization signals, we exploit an approach that uses ionization signals only, which allows for a lower detection threshold. This analysis significantly enhances the sensitivity of XENON1T to light dark matter previously beyond its reach.

Details

ISSN :
10797114 and 00319007
Volume :
123
Issue :
24
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical review letters
Accession number :
edsair.doi.dedup.....64d48c579e580875f41c21dcd2e9b62a