Effective Field Theory and Inelastic Dark Matter Results from XENON1T
E. Aprile
,
K. Abe
,
F. Agostini
,
S. Ahmed Maouloud
(1)
,
L. Althueser
,
B. Andrieu
(1)
,
E. Angelino
,
J.R. Angevaare
,
V.C. Antochi
,
D. Antón Martin
,
F. Arneodo
,
L. Baudis
,
A.L. Baxter
,
L. Bellagamba
,
R. Biondi
,
A. Bismark
,
A. Brown
,
S. Bruenner
,
G. Bruno
(2)
,
R. Budnik
,
C. Cai
,
C. Capelli
,
J.M.R. Cardoso
,
D. Cichon
,
M. Clark
,
A.P. Colijn
,
J. Conrad
,
J.J. Cuenca-García
,
J.P. Cussonneau
,
V. d'Andrea
,
M.P. Decowski
,
P. Di Gangi
,
S. Di Pede
,
A. Di Giovanni
,
R. Di Stefano
,
S. Diglio
(2)
,
K. Eitel
,
A. Elykov
,
S. Farrell
,
A.D. Ferella
,
H. Fischer
,
W. Fulgione
,
P. Gaemers
,
R. Gaior
(1)
,
A. Gallo Rosso
,
M. Galloway
,
F. Gao
,
R. Glade-Beucke
,
L. Grandi
,
J. Grigat
,
M. Guida
,
R. Hammann
,
A. Higuera
,
C. Hils
,
L. Hoetzsch
,
J. Howlett
,
M. Iacovacci
,
Y. Itow
,
J. Jakob
,
F. Joerg
,
A. Joy
,
N. Kato
,
M. Kara
,
P. Kavrigin
,
S. Kazama
,
M. Kobayashi
,
G. Koltman
,
A. Kopec
,
H. Landsman
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R.F. Lang
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L. Levinson
,
I. Li
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S. Li
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S. Liang
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S. Lindemann
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M. Lindner
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K. Liu
,
J. Loizeau
(2)
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F. Lombardi
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J. Long
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J.A.M. Lopes
,
Y. Ma
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C. Macolino
,
J. Mahlstedt
,
A. Mancuso
,
L. Manenti
,
A. Manfredini
,
F. Marignetti
,
T. Marrodán Undagoitia
,
K. Martens
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J. Masbou
(2)
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D. Masson
,
E. Masson
(1)
,
S. Mastroianni
,
M. Messina
,
K. Miuchi
,
K. Mizukoshi
,
A. Molinario
,
S. Moriyama
,
K. Morå
,
Y. Mosbacher
,
M. Murra
,
J. Müller
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K. Ni
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U. Oberlack
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B. Paetsch
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J. Palacio
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R. Peres
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J. Pienaar
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M. Pierre
(2)
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V. Pizzella
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G. Plante
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D. Ramírez García
,
S. Reichard
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A. Rocchetti
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N. Rupp
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L. Sanchez
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J.M.F. dos Santos
,
I. Sarnoff
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G. Sartorelli
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J. Schreiner
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M. Selvi
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A. Takeda
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A. Terliuk
(2)
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(2)
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F. Toschi
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G. Trinchero
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C. Tunnell
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K. Valerius
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Y. Wei
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C. Weinheimer
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D. Wenz
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T. Wolf
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L. Yang
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Résumé
In this work, we expand on the XENON1T nuclear recoil searches to study the individual signals of dark matter interactions from operators up to dimension-eight in a Chiral Effective Field Theory (ChEFT) and a model of inelastic dark matter (iDM). We analyze data from two science runs of the XENON1T detector totaling 1 tonne$\times$year exposure. For these analyses, we extended the region of interest from [4.9, 40.9]$\,$keV$_{\text{NR}}$ to [4.9, 54.4]$\,$keV$_{\text{NR}}$ to enhance our sensitivity for signals that peak at nonzero energies. We show that the data is consistent with the background-only hypothesis, with a small background over-fluctuation observed peaking between 20 and 50$\,$keV$_{\text{NR}}$, resulting in a maximum local discovery significance of 1.7 $\sigma$ for the Vector$\otimes$Vector$_{\text{strange}}$ ($VV_s$) ChEFT channel for a dark matter particle of 70$\,$GeV/c$^2$, and $1.8\,\sigma$ for an iDM particle of 50$\,$GeV/c$^2$ with a mass splitting of 100$\,$keV/c$^2$. For each model, we report 90 % confidence level (CL) upper limits. We also report upper limits on three benchmark models of dark matter interaction using ChEFT where we investigate the effect of isospin-breaking interactions. We observe rate-driven cancellations in regions of the isospin-breaking couplings, leading to up to 6 orders of magnitude weaker upper limits with respect to the isospin-conserving case.
Mots clés
dark matter: direct detection
WIMP: dark matter
dark matter: interaction
dark matter: inelastic scattering
nucleus: recoil
effective field theory: chiral
operator: higher-dimensional
dimension: 8
sensitivity
mass difference
benchmark
background
dark matter: detector
xenon: liquid
xenon: target
statistical analysis
upper limit
data analysis method
experimental results