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Performance of the EDELWEISS-III experiment for direct dark matter searches

Authors :
B. Paul
Matthew R. Robinson
R. Maisonobe
A. Giuliani
C. Augier
P. Pari
E. Olivieri
V. Sanglard
J. Lin
S. Scorza
G. Garde
S. Hervé
N. Fourches
E. Yakushev
V. A. Kudryavtsev
M. Grollier
A. S. Zolotarova
M. Gros
C. Nones
Marc Weber
E. Queguiner
X. F. Navick
L. Hehn
T. de Boissière
F. Charlieux
Q. Arnaud
D.V. Poda
D. Tcherniakhovski
E. Armengaud
J. Billard
Yong Jin
C. Kéfélian
Alain Benoit
X. Zhang
P. Camus
L. Dumoulin
H. Rodenas
N. Foerster
A. Menshikov
T. Bergmann
K. Eitel
M. De Jesus
B. Schmidt
B. Siebenborn
V. Humbert
A. Juillard
H. Le-Sueur
H. Kraus
L. Vagneron
L. Bergé
V.B. Brudanin
M. Chapellier
M. Mancuso
V. Kozlov
G. Heuermann
J. Gascon
S. Marnieros
A. Cazes
S. V. Rozov
D. Filosofov
G. Bres
A. Broniatowski
Matthias Kleifges
Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
Institut Néel (NEEL)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM)
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)
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies [Orsay] (C2N)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
EDELWEISS
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
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)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay
Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers ( IRFU )
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay
Institut de Physique Nucléaire de Lyon ( IPNL )
Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL )
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS ( IN2P3 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Institut Néel ( NEEL )
Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière ( CSNSM )
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 )
Institut Rayonnement Matière de Saclay ( IRAMIS )
Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Electronique (NEEL - ElecLab)
Cryogénie (NEEL - Cryo)
Source :
JINST, JINST, 2017, 12 (08), pp.P08010. ⟨10.1088/1748-0221/12/08/P08010⟩, JINST, 2017, 12 (08), pp.P08010. 〈10.1088/1748-0221/12/08/P08010〉, Journal of Instrumentation, Journal of Instrumentation, 2017, 12 (08), pp.P08010. ⟨10.1088/1748-0221/12/08/P08010⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

We present the results of measurements demonstrating the efficiency of the EDELWEISS-III array of cryogenic germanium detectors for direct dark matter searches. The experimental setup and the FID (Fully Inter-Digitized) detector array is described, as well as the efficiency of the double measurement of heat and ionization signals in background rejection. For the whole set of 24 FID detectors used for coincidence studies, the baseline resolutions for the fiducial ionization energy are mainly below 0.7 keV$_{ee}$ (FHWM) whereas the baseline resolutions for heat energies are mainly below 1.5 keV$_{ee}$ (FWHM). The response to nuclear recoils as well as the very good discrimination capability of the FID design has been measured with an AmBe source. The surface $\beta$- and $\alpha$-decay rejection power of $R_{\rm surf} < 4 \times 10^{-5}$ per $\alpha$ at 90% C.L. has been determined with a $^{210}$Pb source, the rejection of bulk $\gamma$-ray events has been demonstrated using $\gamma$-calibrations with $^{133}$Ba sources leading to a value of $R_{\gamma{\rm -mis-fid}} < 2.5 \times 10^{-6}$ at 90% C.L.. The current levels of natural radioactivity measured in the detector array are shown as the rate of single $\gamma$ background. The fiducial volume fraction of the FID detectors has been measured to a weighted average value of $(74.6 \pm 0.4)\%$ using the cosmogenic activation of the $^{65}$Zn and $^{68,71}$Ge isotopes. The stability and uniformity of the detector response is also discussed. The achieved resolutions, thresholds and background levels of the upgraded EDELWEISS-III detectors in their setup are thus well suited to the direct search of WIMP dark matter over a large mass range.

Details

Language :
English
ISSN :
17480221
Database :
OpenAIRE
Journal :
JINST, JINST, 2017, 12 (08), pp.P08010. ⟨10.1088/1748-0221/12/08/P08010⟩, JINST, 2017, 12 (08), pp.P08010. 〈10.1088/1748-0221/12/08/P08010〉, Journal of Instrumentation, Journal of Instrumentation, 2017, 12 (08), pp.P08010. ⟨10.1088/1748-0221/12/08/P08010⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....e688ff599458d2cb9d3841fa99fce4f6
Full Text :
https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/08/P08010⟩