Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50 - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Physical Review D Année : 2021

Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50

P. Agnes (1) , I.F.M. Albuquerque (2) , T. Alexander (3) , A.K. Alton (4) , M. Ave (2) , H.O. Back (3) , G. Batignani (5) , K. Biery (6) , V. Bocci (7) , W.M. Bonivento (8) , B. Bottino (9) , S. Bussino (7) , M. Cadeddu (8) , M. Cadoni (8, 10) , F. Calaprice (11) , A. Caminata (9) , N. Canci (12) , M. Caravati (8) , M. Cariello (9) , M. Carlini (12) , M. Carpinelli (13) , S. Catalanotti (14) , V. Cataudella (14) , P. Cavalcante (15) , S. Cavuoti (14) , A. Chepurnov (16) , C. Cicalò (8) , A.G. Cocco (17) , G. Covone (14) , D. d'Angelo (18) , S. Davini (9) , A. de Candia (14) , S. de Cecco (7) , G. de Filippis (14) , G. de Rosa (14) , A.V. Derbin (19) , A. Devoto (10) , M. d'Incecco (12) , C. Dionisi (7) , F. Dordei (8) , M. Downing (20) , D. d'Urso (13) , G. Fiorillo (17) , D. Franco (21) , F. Gabriele (8) , C. Galbiati (11) , C. Ghiano (12) , C. Giganti (22) , G.K. Giovanetti (11) , O. Gorchakov (23) , A.M. Goretti (12) , A. Grobov (24) , M. Gromov (16) , M. Guan (25) , Y. Guardincerri (6) , M. Gulino (26) , B.R. Hackett (3) , K. Herner (6) , B. Hosseini (8) , F. Hubaut (27) , E.V. Hungerford (1) , An. Ianni (11) , V. Ippolito (7) , K. Keeter (28) , C.L. Kendziora (6) , I. Kochanek (12) , D. Korablev (23) , G. Korga (12) , A. Kubankin (29) , M. Kuss (5) , M. La Commara (14) , M. Lai (10) , X. Li (11) , M. Lissia (8) , G. Longo (14) , I.N. Machulin (24) , L.P. Mapelli (30) , S.M. Mari (31) , J. Maricic (32) , C.J. Martoff (33) , A. Messina (7) , P.D. Meyers (11) , R. Milincic (34) , M. Morrocchi (5) , Xavier Mougeot (35) , V.N. Muratova (19) , P. Musico (9) , A. Navrer Agasson (22) , A.O. Nozdrina (24) , A. Oleinik (36) , F. Ortica (37) , L. Pagani (38) , M. Pallavicini (39) , L. Pandola (40) , E. Pantic (41) , E. Paoloni (5) , K. Pelczar (12) , N. Pelliccia (37) , E. Picciau (10) , A. Pocar (20) , S. Pordes (6) , S.S. Poudel (1) , P. Pralavorio (27) , F. Ragusa (42) , M. Razeti (8) , A. Razeto (12) , A.L. Renshaw (1) , M. Rescigno (7) , J. Rode (21, 22) , A. Romani (37) , D. Sablone (11) , O. Samoylov (23) , W. Sands (11) , S. Sanfilippo (43) , C. Savarese (44) , B. Schlitzer (38) , D.A. Semenov (19) , A. Shchagin (36) , A. Sheshukov (23) , M.D. Skorokhvatov (24) , O. Smirnov (23) , A. Sotnikov (23) , S. Stracka (5) , Y. Suvorov (17) , R. Tartaglia (12) , G. Testera (9) , A. Tonazzo (21) , E.V. Unzhakov (19) , A. Vishneva (23) , R.B. Vogelaar (15) , M. Wada (11) , H. Wang (11) , Y. Wang (38) , S. Westerdale (11) , M.M. Wojcik (45) , X. Xiao (38) , C. Yang (25) , G. Zuzel (45)
1 University of Houston
2 USP - Universidade de São Paulo = University of São Paulo
3 PNNL - Pacific Northwest National Laboratory
4 Augustana University
5 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Pisa]
6 Fermilab - Fermi National Accelerator Laboratory
7 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Sezione di Roma 1]
8 INFN, Sezione di Cagliari - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Cagliari
9 INFN, Sezione di Genova - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
10 UniCa - Università degli Studi di Cagliari = University of Cagliari
11 Princeton University
12 LNGS - Laboratori Nazionali del Gran Sasso
13 UNISS - Università degli Studi di Sassari = University of Sassari [Sassari]
14 University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II
15 Virginia Tech [Blacksburg]
16 SINP - D.V. Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
17 INFN, Sezione di Napoli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
18 UNIMI - Università degli Studi di Milano = University of Milan
19 Saint Petersburg Nuclear Physics Institute RAS
20 UMass Amherst - University of Massachusetts [Amherst]
21 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
22 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
23 JINR - Joint Institute for Nuclear Research
24 Institute of Molecular Genetics of National Research Centre «Kurchatov Institute» [Moscow, Russia]
25 IHEP - Institute of High Energy Physics [Beijing]
26 Università degli Studi di Enna " KORE " = Kore University of Enna
27 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
28 Black Hills State University
29 Belgorod National Research University
30 UCLA - University of California [Los Angeles]
31 INFN, Sezione di Roma 3 - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma 3
32 UH - University of Hawai'i [Honolulu]
33 Temple University [Philadelphia]
34 University of Hawai'i [Hilo]
35 LNHB (CEA, LIST) - Laboratoire National Henri Becquerel (CEA, LIST)
36 Belgorod National Research University, 308015 Belgorod, Russia
37 UNIPG - Università degli Studi di Perugia = University of Perugia
38 UC - University of California
39 UniGe - Università degli studi di Genova = University of Genoa
40 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
41 UC Davis - University of California [Davis]
42 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
43 ROMA TRE - Università degli Studi Roma Tre = Roma Tre University
44 GSSI - Gran Sasso Science Institute
45 UJ - Uniwersytet Jagielloński w Krakowie = Jagiellonian University
P. Agnes
A.K. Alton
  • Fonction : Auteur
D. Franco
C. Galbiati
  • Fonction : Auteur
An. Ianni
  • Fonction : Auteur
X. Li
P.D. Meyers
  • Fonction : Auteur
S. Pordes
D. Sablone
  • Fonction : Auteur
W. Sands
  • Fonction : Auteur
C. Savarese
M. Wada
H. Wang
  • Fonction : Auteur
Y. Wang
  • Fonction : Auteur
S. Westerdale
X. Xiao
  • Fonction : Auteur
C. Yang

Résumé

DarkSide-50 has demonstrated the high potential of dual-phase liquid argon time projection chambers in exploring interactions of WIMPs in the GeV/c2 mass range. The technique, based on the detection of the ionization signal amplified via electroluminescence in the gas phase, allows us to explore recoil energies down to the sub-keV range. We report here on the DarkSide-50 measurement of the ionization yield of electronic recoils down to 180eVer, exploiting Ar37 and Ar39 decays, and extrapolated to a few ionization electrons with the Thomas-Imel box model. Moreover, we present a model-dependent determination of the ionization response to nuclear recoils down to 500eVnr, the lowest ever achieved in liquid argon, using in situ neutron calibration sources and external datasets from neutron beam experiments.
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Dates et versions

hal-03372756 , version 1 (14-10-2021)

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Citer

P. Agnes, I.F.M. Albuquerque, T. Alexander, A.K. Alton, M. Ave, et al.. Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50. Physical Review D, 2021, 104 (8), pp.082005. ⟨10.1103/PhysRevD.104.082005⟩. ⟨hal-03372756⟩
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