Search for low-mass dark matter WIMPs with 12 ton-day exposure of 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)
,
F. Calaprice
(10)
,
A. Caminata
(11)
,
N. Canci
(12)
,
M. Caravati
(8)
,
N. Cargioli
(8)
,
M. Cariello
(11)
,
M. Carlini
(12)
,
V. Cataudella
(13)
,
P. Cavalcante
(14)
,
S. Cavuoti
(13)
,
S. Chashin
(15)
,
A. Chepurnov
(15)
,
C. Cicalò
(8)
,
G. Covone
(13)
,
D. d'Angelo
(16)
,
S. Davini
(11)
,
A. de Candia
(16)
,
S. de Cecco
(7)
,
G. de Filippis
(13)
,
G. de Rosa
(13)
,
A.V. Derbin
,
A. Devoto
(17)
,
M. d'Incecco
(12)
,
C. Dionisi
(7)
,
F. Dordei
(8)
,
M. Downing
(18)
,
D. d'Urso
(19)
,
G. Fiorillo
(20)
,
D. Franco
(21)
,
F. Gabriele
(8)
,
C. Galbiati
(10)
,
C. Ghiano
(12)
,
C. Giganti
(22)
,
G.K. Giovanetti
(10)
,
A.M. Goretti
(12)
,
G. Grilli Di Cortona
(23)
,
A. Grobov
(24)
,
M. Gromov
(24)
,
M. Guan
(25)
,
M. Gulino
(26)
,
B.R. Hackett
(3)
,
K. Herner
(6)
,
T. Hessel
(21)
,
B. Hosseini
(8)
,
F. Hubaut
(27)
,
E.V. Hungerford
(28)
,
An. Ianni
(10)
,
V. Ippolito
(7)
,
K. Keeter
(29)
,
C.L. Kendziora
(6)
,
M. Kimura
(30)
,
I. Kochanek
(12)
,
D. Korablev
(31)
,
G. Korga
(28)
,
A. Kubankin
(32)
,
M. Kuss
(5)
,
M. La Commara
(13)
,
M. Lai
(17)
,
X. Li
(10)
,
M. Lissia
(8)
,
G. Longo
(20)
,
O. Lychagina
(31)
,
I.N. Machulin
(24)
,
L.P. Mapelli
(33)
,
S.M. Mari
(7)
,
J. Maricic
(34)
,
A. Messina
(7)
,
R. Milincic
(34)
,
J. Monroe
(1)
,
M. Morrocchi
(5)
,
X. Mougeot
(35)
,
V.N. Muratova
,
P. Musico
(11)
,
A.O. Nozdrina
(24)
,
A. Oleinik
(32)
,
F. Ortica
(36)
,
L. Pagani
(37)
,
M. Pallavicini
(9)
,
L. Pandola
(38)
,
E. Pantic
(37)
,
E. Paoloni
(5)
,
K. Pelczar
(39)
,
N. Pelliccia
(36)
,
S. Piacentini
(7)
,
A. Pocar
(40)
,
D.M. Poehlmann
(37)
,
S. Pordes
(6)
,
S.S. Poudel
(28)
,
P. Pralavorio
(27)
,
D.D. Price
(41)
,
F. Ragusa
(42)
,
M. Razeti
(8)
,
A. Razeto
(12)
,
A.L. Renshaw
(28)
,
M. Rescigno
(7)
,
J. Rode
(22, 21)
,
A. Romani
(36)
,
D. Sablone
(17)
,
O. Samoylov
(31)
,
W. Sands
(10)
,
S. Sanfilippo
(43)
,
E. Sanford
(41)
,
C. Savarese
(10)
,
B. Schlitzer
(37)
,
D.A. Semenov
,
A. Shchagin
(32)
,
A. Sheshukov
(31)
,
M.D. Skorokhvatov
(44)
,
O. Smirnov
(31)
,
A. Sotnikov
(31)
,
S. Stracka
(5)
,
Y. Suvorov
(20)
,
R. Tartaglia
(12)
,
G. Testera
(11)
,
A. Tonazzo
(21)
,
E.V. Unzhakov
(45)
,
A. Vishneva
(31)
,
R.B. Vogelaar
(14)
,
M. Wada
(30)
,
H. Wang
(37)
,
Y. Wang
(37)
,
S. Westerdale
(10)
,
M.M. Wojcik
(46)
,
X. Xiao
(37)
,
C. Yang
(25)
,
G. Zuzel
(46)
1
RHUL -
Royal Holloway [University of London]
2 USP - Universidade de São Paulo = University of São Paulo
3 PNNL - Pacific Northwest National Laboratory
4 USD - University of South Dakota [Vermillion]
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 UniGe - Università degli studi di Genova = University of Genoa
10 Princeton University
11 INFN, Sezione di Genova - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
12 Gran Sasso Science Institute, INFN
13 University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II
14 Virginia Tech [Blacksburg]
15 SINP - D.V. Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
16 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
17 UniCa - Università degli Studi di Cagliari = University of Cagliari
18 UMASS - University of Massachusetts System
19 UNISS - Università degli Studi di Sassari = University of Sassari [Sassari]
20 INFN, Sezione di Napoli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
21 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
22 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
23 INFN Frascati
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 University of Houston
29 Black Hills State University
30 AstroCENT - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
31 JINR - Joint Institute for Nuclear Research
32 Belgorod National Research University
33 UCLA - University of California [Los Angeles]
34 University of Hawai'i [Hilo]
35 LNHB (CEA, LIST) - Laboratoire National Henri Becquerel (CEA, LIST)
36 UNIPG - Università degli Studi di Perugia = University of Perugia
37 UC - University of California
38 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
39 LNGS - Laboratori Nazionali del Gran Sasso
40 UMass Amherst - University of Massachusetts [Amherst]
41 University of Manchester [Manchester]
42 UNIMI - Università degli Studi di Milano = University of Milan
43 ROMA TRE - Università degli Studi Roma Tre = Roma Tre University
44 MEPhI - Moscow State Engineering Physics Institute
45 UNIROMA - Università degli Studi di Roma "La Sapienza" = Sapienza University [Rome]
46 UJ - Uniwersytet Jagielloński w Krakowie = Jagiellonian University
2 USP - Universidade de São Paulo = University of São Paulo
3 PNNL - Pacific Northwest National Laboratory
4 USD - University of South Dakota [Vermillion]
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 UniGe - Università degli studi di Genova = University of Genoa
10 Princeton University
11 INFN, Sezione di Genova - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
12 Gran Sasso Science Institute, INFN
13 University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II
14 Virginia Tech [Blacksburg]
15 SINP - D.V. Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
16 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
17 UniCa - Università degli Studi di Cagliari = University of Cagliari
18 UMASS - University of Massachusetts System
19 UNISS - Università degli Studi di Sassari = University of Sassari [Sassari]
20 INFN, Sezione di Napoli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
21 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
22 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
23 INFN Frascati
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 University of Houston
29 Black Hills State University
30 AstroCENT - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
31 JINR - Joint Institute for Nuclear Research
32 Belgorod National Research University
33 UCLA - University of California [Los Angeles]
34 University of Hawai'i [Hilo]
35 LNHB (CEA, LIST) - Laboratoire National Henri Becquerel (CEA, LIST)
36 UNIPG - Università degli Studi di Perugia = University of Perugia
37 UC - University of California
38 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
39 LNGS - Laboratori Nazionali del Gran Sasso
40 UMass Amherst - University of Massachusetts [Amherst]
41 University of Manchester [Manchester]
42 UNIMI - Università degli Studi di Milano = University of Milan
43 ROMA TRE - Università degli Studi Roma Tre = Roma Tre University
44 MEPhI - Moscow State Engineering Physics Institute
45 UNIROMA - Università degli Studi di Roma "La Sapienza" = Sapienza University [Rome]
46 UJ - Uniwersytet Jagielloński w Krakowie = Jagiellonian University
P. Agnes
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1005036
- ORCID : 0000-0001-7117-1251
- IdRef : 230064167
A.V. Derbin
- Fonction : Auteur
V.N. Muratova
- Fonction : Auteur
D.A. Semenov
- Fonction : Auteur
Résumé
We report on the search for dark matter WIMPs in the mass range below 10 GeV/c$^2$, from the analysis of the entire dataset acquired with a low-radioactivity argon target by the DarkSide-50 experiment at LNGS. The new analysis benefits from more accurate calibration of the detector response, improved background model, and better determination of systematic uncertainties, allowing us to accurately model the background rate and spectra down to 0.06 keV$_{er}$. A 90% C.L. exclusion limit for the spin-independent cross section of 3 GeV/c$^2$ mass WIMP on nucleons is set at 6$\times$10$^{-43}$ cm$^2$, about a factor 10 better than the previous DarkSide-50 limit. This analysis extends the exclusion region for spin-independent dark matter interactions below the current experimental constraints in the $[1.2, 3.6]$ GeV/c$^2$ WIMP mass range.
Domaines
Astrophysique [astro-ph] Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex] Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]Format du dépôt | Fichier |
---|---|
Type de dépôt | Article dans une revue |
Titre |
en
Search for low-mass dark matter WIMPs with 12 ton-day exposure of DarkSide-50
|
Résumé |
en
We report on the search for dark matter WIMPs in the mass range below 10 GeV/c$^2$, from the analysis of the entire dataset acquired with a low-radioactivity argon target by the DarkSide-50 experiment at LNGS. The new analysis benefits from more accurate calibration of the detector response, improved background model, and better determination of systematic uncertainties, allowing us to accurately model the background rate and spectra down to 0.06 keV$_{er}$. A 90% C.L. exclusion limit for the spin-independent cross section of 3 GeV/c$^2$ mass WIMP on nucleons is set at 6$\times$10$^{-43}$ cm$^2$, about a factor 10 better than the previous DarkSide-50 limit. This analysis extends the exclusion region for spin-independent dark matter interactions below the current experimental constraints in the $[1.2, 3.6]$ GeV/c$^2$ WIMP mass range.
|
Auteur(s) |
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
, F. Calaprice
10
, A. Caminata
11
, N. Canci
12
, M. Caravati
8
, N. Cargioli
8
, M. Cariello
11
, M. Carlini
12
, V. Cataudella
13
, P. Cavalcante
14
, S. Cavuoti
13
, S. Chashin
15
, A. Chepurnov
15
, C. Cicalò
8
, G. Covone
13
, D. d'Angelo
16
, S. Davini
11
, A. de Candia
16
, S. de Cecco
7
, G. de Filippis
13
, G. de Rosa
13
, A.V. Derbin
, A. Devoto
17
, M. d'Incecco
12
, C. Dionisi
7
, F. Dordei
8
, M. Downing
18
, D. d'Urso
19
, G. Fiorillo
20
, D. Franco
21
, F. Gabriele
8
, C. Galbiati
10
, C. Ghiano
12
, C. Giganti
22
, G.K. Giovanetti
10
, A.M. Goretti
12
, G. Grilli Di Cortona
23
, A. Grobov
24
, M. Gromov
24
, M. Guan
25
, M. Gulino
26
, B.R. Hackett
3
, K. Herner
6
, T. Hessel
21
, B. Hosseini
8
, F. Hubaut
27
, E.V. Hungerford
28
, An. Ianni
10
, V. Ippolito
7
, K. Keeter
29
, C.L. Kendziora
6
, M. Kimura
30
, I. Kochanek
12
, D. Korablev
31
, G. Korga
28
, A. Kubankin
32
, M. Kuss
5
, M. La Commara
13
, M. Lai
17
, X. Li
10
, M. Lissia
8
, G. Longo
20
, O. Lychagina
31
, I.N. Machulin
24
, L.P. Mapelli
33
, S.M. Mari
7
, J. Maricic
34
, A. Messina
7
, R. Milincic
34
, J. Monroe
1
, M. Morrocchi
5
, X. Mougeot
35
, V.N. Muratova
, P. Musico
11
, A.O. Nozdrina
24
, A. Oleinik
32
, F. Ortica
36
, L. Pagani
37
, M. Pallavicini
9
, L. Pandola
38
, E. Pantic
37
, E. Paoloni
5
, K. Pelczar
39
, N. Pelliccia
36
, S. Piacentini
7
, A. Pocar
40
, D.M. Poehlmann
37
, S. Pordes
6
, S.S. Poudel
28
, P. Pralavorio
27
, D.D. Price
41
, F. Ragusa
42
, M. Razeti
8
, A. Razeto
12
, A.L. Renshaw
28
, M. Rescigno
7
, J. Rode
22, 21
, A. Romani
36
, D. Sablone
17
, O. Samoylov
31
, W. Sands
10
, S. Sanfilippo
43
, E. Sanford
41
, C. Savarese
10
, B. Schlitzer
37
, D.A. Semenov
, A. Shchagin
32
, A. Sheshukov
31
, M.D. Skorokhvatov
44
, O. Smirnov
31
, A. Sotnikov
31
, S. Stracka
5
, Y. Suvorov
20
, R. Tartaglia
12
, G. Testera
11
, A. Tonazzo
21
, E.V. Unzhakov
45
, A. Vishneva
31
, R.B. Vogelaar
14
, M. Wada
30
, H. Wang
37
, Y. Wang
37
, S. Westerdale
10
, M.M. Wojcik
46
, X. Xiao
37
, C. Yang
25
, G. Zuzel
46
1
RHUL -
Royal Holloway [University of London]
( 300800 )
- Egham, Surrey, TW20 0EX
- Royaume-Uni
2
USP -
Universidade de São Paulo = University of São Paulo
( 7119 )
- Cidade Universitaria - 05508-090 São Paulo
- Brésil
3
PNNL -
Pacific Northwest National Laboratory
( 49471 )
- Richland, WA 99352
- États-Unis
4
USD -
University of South Dakota [Vermillion]
( 560841 )
- 414 E Clark St, Vermillion, SD, South Dakota 57069, États-Unis
- États-Unis
5
INFN -
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Pisa]
( 24320 )
- Edificio C Polo Fibonacci Largo B. Pontecorvo, 3 56127 Pisa
- Italie
6
Fermilab -
Fermi National Accelerator Laboratory
( 133130 )
- Batavia, IL 60510-5011 USA
- États-Unis
7
INFN -
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Sezione di Roma 1]
( 25478 )
- c/o Dipartimento di Fisica - Università degli Studi di Roma "La Sapienza" P.le Aldo Moro, 2 - 00185 Roma
- Italie
8
INFN, Sezione di Cagliari -
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Cagliari
( 24842 )
- Cittadella Universitaria di Monserrato Casella Postale 170 - 09042 Monserrato - Cagliari
- Italie
9
UniGe -
Università degli studi di Genova = University of Genoa
( 302889 )
- Via Balbi, 5 - 16126 Genova
- Italie
10
Princeton University
( 46584 )
- Princeton, NJ 08544 USA
- États-Unis
11
INFN, Sezione di Genova -
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
( 25238 )
- Via Dodecaneso 33 16146 Genova
- Italie
12
Gran Sasso Science Institute, INFN
( 1130094 )
- I-67100 L'Aquila
- Italie
13
University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II
( 544964 )
- Via Cintia Monte S. Angelo, 80126 Napoli, Italy
- Italie
14
Virginia Tech [Blacksburg]
( 47147 )
- Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg, VA 24061-0002
- États-Unis
15
SINP -
D.V. Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
( 23131 )
- 1(2), Leninskie gory, GSP-1, Moscow 119991, Russian Federation
- Russie
16
INFN -
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
( 24838 )
- Via Celoria, 16 20133 Milano
- Italie
17
UniCa -
Università degli Studi di Cagliari = University of Cagliari
( 204422 )
- Via Università, 40 - 09124 Cagliari
- Italie
18
UMASS -
University of Massachusetts System
( 566334 )
- États-Unis
19
UNISS -
Università degli Studi di Sassari = University of Sassari [Sassari]
( 568173 )
- via Vienna 2, 07100
Sassari,
- Italie
20
INFN, Sezione di Napoli -
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
( 24845 )
- Complesso Univ. di Monte S. Angelo Via Cintia - 80126 Napoli
- Italie
21
APC (UMR_7164) -
AstroParticule et Cosmologie
( 1004962 )
- APC - UMR 7164, Université Paris Diderot, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, case postale 7020, F-75205 Paris Cedex 13
- France
22
LPNHE (UMR_7585) -
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
( 1005074 )
- Barre 12-22, 1er étage 4 Place Jussieu 75252 Paris Cedex 05
- France
23
INFN Frascati
( 83773 )
- Italie
24
Institute of Molecular Genetics of National Research Centre «Kurchatov Institute» [Moscow, Russia]
( 1073455 )
- Russie
25
IHEP -
Institute of High Energy Physics [Beijing]
( 133136 )
- 19B Yuquan Road, Shijingshan District, Beiing 100049
- Chine
26
Università degli Studi di Enna " KORE " = Kore University of Enna
( 340148 )
- Cittadella Universitaria, 94100 Enna
- Italie
27
CPPM -
Centre de Physique des Particules de Marseille
( 199968 )
- 163, avenue de Luminy - Case 902 - 13288 Marseille cedex 09
- France
28
University of Houston
( 365087 )
- Houston, TX 77204
- États-Unis
29
Black Hills State University
( 328005 )
-
- France
30
AstroCENT -
Nicolaus Copernicus Astronomical Center
( 1156047 )
- Bartycka 18, 00-716 Warszawa
- Pologne
31
JINR -
Joint Institute for Nuclear Research
( 54152 )
- Joliot-Curie 6, 141980 Dubna, Moscow region
- Russie
32
Belgorod National Research University
( 1074091 )
- Russie
33
UCLA -
University of California [Los Angeles]
( 72398 )
- Los Angeles, Californie 90095
- États-Unis
34
University of Hawai'i [Hilo]
( 342442 )
- 200 W Kawili St, Hilo, HI 96720, États-Unis
University of Hawaii at Hilo
- États-Unis
35
LNHB (CEA, LIST) -
Laboratoire National Henri Becquerel (CEA, LIST)
( 40138 )
- CEA LIST F-91191 Gif-sur-Yvette Cedex
- France
36
UNIPG -
Università degli Studi di Perugia = University of Perugia
( 302646 )
- piazza Università, 1, 06123 Perugia
- Italie
37
UC -
University of California
( 471291 )
- États-Unis
38
INFN -
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
( 24600 )
- Viale A. Doria, 6 (Cittadella Universitaria), 95125 Catania
- Italie
39
LNGS -
Laboratori Nazionali del Gran Sasso
( 24846 )
- Via G. Acitelli, 22, 67100 Assergi L’Aquila
- Italie
40
UMass Amherst -
University of Massachusetts [Amherst]
( 91189 )
- 300 Massachusetts Ave, Amherst, MA 01003
- États-Unis
41
University of Manchester [Manchester]
( 121172 )
- Oxford Rd, Manchester M13 9PL
- Royaume-Uni
42
UNIMI -
Università degli Studi di Milano = University of Milan
( 300694 )
- Via Festa del Perdono 7 - 20122 Milano
- Italie
43
ROMA TRE -
Università degli Studi Roma Tre = Roma Tre University
( 302801 )
- Via Ostiense, 133 - 00154 Rome
- Italie
44
MEPhI -
Moscow State Engineering Physics Institute
( 66695 )
- Kashirskoe shosse, 31, 115409 Moscow
- Russie
45
UNIROMA -
Università degli Studi di Roma "La Sapienza" = Sapienza University [Rome]
( 229915 )
- Piazzale Aldo Moro 5, 00185 Roma
- Italie
46
UJ -
Uniwersytet Jagielloński w Krakowie = Jagiellonian University
( 303988 )
- ul. Gołębia 24, 31-007 Kraków
- Pologne
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Numéro |
6
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Langue du document |
Anglais
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Volume |
107
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Page/Identifiant |
063001
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Vulgarisation |
Non
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Comité de lecture |
Oui
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Audience |
Internationale
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URL éditeur |
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.107.063001
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Nom de la revue |
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Date de publication |
2023
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Financement |
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Collaboration/Projet |
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Domaine(s) |
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Projet(s) ANR |
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Mots-clés |
en
WIMP mass, dark matter, argon, dark matter interaction, Detector calibration, Gran Sasso, WIMP nucleon scattering, cross section: upper limit, spin dependence, mass dependence, data analysis method, experimental results, instrumentation, detector, radioactivity
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arXiv Id | 2207.11966 |
DOI | 10.1103/PhysRevD.107.063001 |
inSPIRE HEP | 2122692 |
Origine :
Publication financée par une institution
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