Dark Matter Search in a Beam-Dump EXperiment (BDX) at Jefferson Lab -- 2018 Update to PR12-16-001
M. Battaglieri
,
A. Bersani
,
G. Bracco
,
B. Caiffi
,
A. Celentano
,
R. de Vita
,
L. Marsicano
,
P. Musico
,
F. Panza
,
M. Ripani
,
E. Santopinto
,
M. Taiuti
,
V. Bellini
,
M. Bondí
,
P. Castorina
,
M. de Napoli
,
A. Italiano
,
V. Kuznetzov
,
E. Leonora
,
F. Mammoliti
,
N. Randazzo
,
L. Re
,
G. Russo
,
M. Russo
,
A. Shahinyan
,
M. Sperduto
,
S. Spinali
,
C. Sutera
,
F. Tortorici
,
N. Baltzell
,
M. Dalton
,
A. Freyberger
,
F.-X. Girod
,
G. Kharashvili
,
V. Kubarovsky
,
E. Pasyuk
,
E.S. Smith
,
S. Stepanyan
,
H. Szumilla-Vance
,
M. Ungaro
,
T. Whitlatch
,
G. Krnjaic
,
E. Izaguirre
,
I. Ehle
,
D. Snowden-Ifft
,
D. Loomba
,
M. Carpinelli
,
D. d'Urso
,
A. Gabrieli
,
G. Maccioni
,
M. Sant
,
V. Sipala
,
F. Ameli
,
E. Cisbani
,
F. de Persio
,
A. del Dotto
,
F. Garibaldi
,
F. Meddi
,
C.A. Nicolau
,
G.M. Urciuoli
,
T. Chiarusi
,
M. Manzali
,
C. Pellegrino
,
P. Schuster
,
N. Toro
,
R. Essig
,
M.H. Wood
,
M. Holtrop
,
R. Paremuzyan
,
G. de Cataldo
,
R. de Leo
,
D. Di Bari
,
L. Lagamba
,
E. Nappi
,
R. Perrino
,
I. Balossino
,
L. Barion
,
G. Ciullo
,
M. Contalbrigo
,
A. Drago
,
P. Lenisa
,
A. Movsisyan
,
L. Pappalardo
,
F. Spizzo
,
M. Turisini
,
D. Hasch
,
V. Lucherini
,
M. Mirazita
,
S. Pisano
,
S. Tomassini
,
G. Simi
,
A. d'Angelo
,
L. Lanza
,
A. Rizzo
,
A. Filippi
,
M. Genovese
,
M. Kunkel
,
M. Bashkanov
,
A. Murphy
,
G. Smith
,
D. Watts
,
N. Zachariou
,
L. Zana
,
D. Glazier
,
D. Ireland
,
B. Mckinnon
,
D. Sokhan
,
L. Colaneri
(1)
,
S. Anefalos Pereira
,
A. Afanasev
,
B. Briscoe
,
S. Fegan
,
I. Strakovsky
,
N. Kalantarians
,
H. Szmilla
,
L. Weinstein
,
K.P. Adhikari
,
J.A. Dunne
,
D. Dutta
,
L. El Fassi
,
L. Ye
,
K. Hicks
,
P. Cole
,
S. Dobbs
,
C. Fanelli
,
P. Mohanmurthy
M. Battaglieri
- Fonction : Auteur
A. Bersani
- Fonction : Auteur
G. Bracco
- Fonction : Auteur
B. Caiffi
- Fonction : Auteur
A. Celentano
- Fonction : Auteur
- PersonId : 764982
- ORCID : 0000-0002-7104-2983
R. de Vita
- Fonction : Auteur
L. Marsicano
- Fonction : Auteur
P. Musico
- Fonction : Auteur
F. Panza
- Fonction : Auteur
M. Ripani
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755184
- ORCID : 0000-0001-8632-7538
E. Santopinto
- Fonction : Auteur
M. Taiuti
- Fonction : Auteur
V. Bellini
- Fonction : Auteur
M. Bondí
- Fonction : Auteur
P. Castorina
- Fonction : Auteur
M. de Napoli
- Fonction : Auteur
A. Italiano
- Fonction : Auteur
V. Kuznetzov
- Fonction : Auteur
E. Leonora
- Fonction : Auteur
F. Mammoliti
- Fonction : Auteur
N. Randazzo
- Fonction : Auteur
L. Re
- Fonction : Auteur
G. Russo
- Fonction : Auteur
M. Russo
- Fonction : Auteur
A. Shahinyan
- Fonction : Auteur
M. Sperduto
- Fonction : Auteur
S. Spinali
- Fonction : Auteur
C. Sutera
- Fonction : Auteur
F. Tortorici
- Fonction : Auteur
N. Baltzell
- Fonction : Auteur
M. Dalton
- Fonction : Auteur
A. Freyberger
- Fonction : Auteur
F.-X. Girod
- Fonction : Auteur
G. Kharashvili
- Fonction : Auteur
V. Kubarovsky
- Fonction : Auteur
E. Pasyuk
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755395
- ORCID : 0000-0003-3877-1815
E.S. Smith
- Fonction : Auteur
S. Stepanyan
- Fonction : Auteur
H. Szumilla-Vance
- Fonction : Auteur
M. Ungaro
- Fonction : Auteur
T. Whitlatch
- Fonction : Auteur
G. Krnjaic
- Fonction : Auteur
E. Izaguirre
- Fonction : Auteur
I. Ehle
- Fonction : Auteur
D. Snowden-Ifft
- Fonction : Auteur
D. Loomba
- Fonction : Auteur
M. Carpinelli
- Fonction : Auteur
D. d'Urso
- Fonction : Auteur
A. Gabrieli
- Fonction : Auteur
G. Maccioni
- Fonction : Auteur
M. Sant
- Fonction : Auteur
V. Sipala
- Fonction : Auteur
F. Ameli
- Fonction : Auteur
E. Cisbani
- Fonction : Auteur
F. de Persio
- Fonction : Auteur
A. del Dotto
- Fonction : Auteur
F. Garibaldi
- Fonction : Auteur
F. Meddi
- Fonction : Auteur
C.A. Nicolau
- Fonction : Auteur
G.M. Urciuoli
- Fonction : Auteur
T. Chiarusi
- Fonction : Auteur
M. Manzali
- Fonction : Auteur
C. Pellegrino
- Fonction : Auteur
P. Schuster
- Fonction : Auteur
N. Toro
- Fonction : Auteur
R. Essig
- Fonction : Auteur
M.H. Wood
- Fonction : Auteur
M. Holtrop
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755237
- ORCID : 0000-0002-1110-1152
R. Paremuzyan
- Fonction : Auteur
G. de Cataldo
- Fonction : Auteur
R. de Leo
- Fonction : Auteur
D. Di Bari
- Fonction : Auteur
L. Lagamba
- Fonction : Auteur
E. Nappi
- Fonction : Auteur
R. Perrino
- Fonction : Auteur
I. Balossino
- Fonction : Auteur
L. Barion
- Fonction : Auteur
- PersonId : 786177
- ORCID : 0000-0002-2453-9989
G. Ciullo
- Fonction : Auteur
- PersonId : 769646
- ORCID : 0000-0001-8297-2206
- IdRef : 166520993
M. Contalbrigo
- Fonction : Auteur
A. Drago
- Fonction : Auteur
P. Lenisa
- Fonction : Auteur
- PersonId : 769648
- ORCID : 0000-0003-3509-1240
A. Movsisyan
- Fonction : Auteur
L. Pappalardo
- Fonction : Auteur
- PersonId : 761464
- ORCID : 0000-0002-0876-3163
F. Spizzo
- Fonction : Auteur
M. Turisini
- Fonction : Auteur
D. Hasch
- Fonction : Auteur
V. Lucherini
- Fonction : Auteur
M. Mirazita
- Fonction : Auteur
S. Pisano
- Fonction : Auteur
S. Tomassini
- Fonction : Auteur
G. Simi
- Fonction : Auteur
A. d'Angelo
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755183
- ORCID : 0000-0003-3050-4907
L. Lanza
- Fonction : Auteur
- PersonId : 775599
- ORCID : 0000-0002-1280-532X
A. Rizzo
- Fonction : Auteur
A. Filippi
- Fonction : Auteur
M. Genovese
- Fonction : Auteur
M. Kunkel
- Fonction : Auteur
M. Bashkanov
- Fonction : Auteur
A. Murphy
- Fonction : Auteur
G. Smith
- Fonction : Auteur
D. Watts
- Fonction : Auteur
- PersonId : 759288
- ORCID : 0000-0003-4758-9599
N. Zachariou
- Fonction : Auteur
- PersonId : 760627
- ORCID : 0000-0001-7621-5612
L. Zana
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755516
- ORCID : 0000-0002-1434-052X
D. Glazier
- Fonction : Auteur
D. Ireland
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755451
- ORCID : 0000-0001-7713-7011
- IdRef : 254440452
B. Mckinnon
- Fonction : Auteur
D. Sokhan
- Fonction : Auteur
S. Anefalos Pereira
- Fonction : Auteur
A. Afanasev
- Fonction : Auteur
B. Briscoe
- Fonction : Auteur
S. Fegan
- Fonction : Auteur
I. Strakovsky
- Fonction : Auteur
N. Kalantarians
- Fonction : Auteur
H. Szmilla
- Fonction : Auteur
L. Weinstein
- Fonction : Auteur
K.P. Adhikari
- Fonction : Auteur
J.A. Dunne
- Fonction : Auteur
D. Dutta
- Fonction : Auteur
L. El Fassi
- Fonction : Auteur
L. Ye
- Fonction : Auteur
K. Hicks
- Fonction : Auteur
P. Cole
- Fonction : Auteur
S. Dobbs
- Fonction : Auteur
C. Fanelli
- Fonction : Auteur
P. Mohanmurthy
- Fonction : Auteur
Résumé
This document complements and completes what was submitted last year to PAC45 as an update to the proposal PR12-16-001 "Dark matter search in a Beam-Dump eXperiment (BDX)" at Jefferson Lab submitted to JLab-PAC44 in 2016. Following the suggestions contained in the PAC45 report, in coordination with the lab, we ran a test to assess the beam-related backgrounds and validate the simulation framework used to design the BDX experiment. Using a common Monte Carlo framework for the test and the proposed experiment, we optimized the selection cuts to maximize the reach considering simultaneously the signal, cosmic-ray background (assessed in Catania test with BDX-Proto) and beam-related backgrounds (irreducible NC and CC neutrino interactions as determined by simulation). Our results confirmed what was presented in the original proposal: with 285 days of a parasitic run at 65 $\mu$A (corresponding to $10^{22}$ EOT) the BDX experiment will lower the exclusion limits in the case of no signal by one to two orders of magnitude in the parameter space of dark-matter coupling versus mass.