Searching for Heavy Dark Matter near the Planck Mass with XENON1T
E Aprile
,
K Abe
,
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
,
M Bazyk
(2)
,
L Bellagamba
,
R Biondi
,
A Bismark
,
E.J Brookes
,
A Brown
,
S Bruenner
,
G Bruno
(2)
,
R Budnik
,
T.K Bui
,
C Cai
,
J.M.R Cardoso
,
D Cichon
,
A.P. Cimental Chavez
,
M Clark
,
A.P Colijn
,
J Conrad
,
J.J Cuenca-García
,
J.P Cussonneau
(2)
,
V d'Andrea
,
M.P Decowski
,
P Di Gangi
,
S Di Pede
,
S Diglio
(2)
,
K Eitel
,
A Elykov
,
S Farrell
,
A.D Ferella
,
C Ferrari
,
H Fischer
,
M Flierman
,
W Fulgione
,
C Fuselli
,
P Gaemers
,
R Gaior
(1)
,
A. Gallo Rosso
,
M Galloway
,
F Gao
,
R Glade-Beucke
,
L Grandi
,
J Grigat
,
H Guan
,
M Guida
,
R Hammann
,
A Higuera
,
C Hils
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L Hoetzsch
,
N.F Hood
,
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
,
F Kuger
,
H Landsman
,
R.F Lang
,
L Levinson
,
I Li
,
S Li
,
S Liang
,
S Lindemann
,
M Lindner
,
K Liu
,
J Loizeau
(2)
,
F Lombardi
,
J Long
,
J.A.M Lopes
,
Y Ma
,
C Macolino
,
J Mahlstedt
,
A Mancuso
,
L Manenti
,
F Marignetti
,
T. Marrodán Undagoitia
,
K Martens
,
J Masbou
(2)
,
D Masson
,
E Masson
(1)
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S Mastroianni
,
M Messina
,
K Miuchi
,
K Mizukoshi
,
A Molinario
,
S Moriyama
,
K Morå
,
Y Mosbacher
,
M Murra
,
J Müller
,
K Ni
,
U Oberlack
,
B Paetsch
,
J Palacio
,
Q Pellegrini
(1)
,
R Peres
,
C Peters
,
J Pienaar
,
M Pierre
(2)
,
V Pizzella
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G Plante
,
T.R Pollmann
,
J Qi
,
J Qin
,
D. Ramírez García
,
R Singh
,
L Sanchez
,
J.M.F dos Santos
,
I Sarnoff
,
G Sartorelli
,
J Schreiner
,
D Schulte
,
P Schulte
,
H. Schulze Eißing
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M Schumann
,
L. Scotto Lavina
(1)
,
M Selvi
,
F Semeria
,
P Shagin
,
S Shi
,
E Shockley
,
M Silva
,
H Simgen
,
A Takeda
,
P.-L Tan
,
A Terliuk
,
D Thers
(2)
,
F Toschi
,
G Trinchero
,
C Tunnell
,
F Tönnies
,
K Valerius
,
G Volta
,
C Weinheimer
,
M Weiss
,
D Wenz
,
C Wittweg
,
T Wolf
,
V.H.S Wu
,
Y Xing
(2)
,
D Xu
,
Z Xu
,
M Yamashita
,
L Yang
,
J Ye
,
L Yuan
,
G Zavattini
,
M Zhong
,
T Zhu
E Aprile
- Fonction : Auteur
K Abe
- Fonction : Auteur
L Althueser
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E Angelino
- Fonction : Auteur
J.R Angevaare
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V.C Antochi
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D. Antón Martin
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F Arneodo
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L Baudis
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A.L Baxter
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L Bellagamba
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R Biondi
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A Bismark
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E.J Brookes
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A Brown
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S Bruenner
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T.K Bui
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C Cai
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J.M.R Cardoso
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D Cichon
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A.P. Cimental Chavez
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M Clark
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J Conrad
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V d'Andrea
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S Di Pede
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K Eitel
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S Liang
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S Mastroianni
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M Messina
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K Mizukoshi
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A Takeda
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C Tunnell
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F Tönnies
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K Valerius
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G Volta
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C Weinheimer
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M Weiss
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D Wenz
- Fonction : Auteur
C Wittweg
- Fonction : Auteur
T Wolf
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V.H.S Wu
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D Xu
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Z Xu
- Fonction : Auteur
M Yamashita
- Fonction : Auteur
L Yang
- Fonction : Auteur
J Ye
- Fonction : Auteur
L Yuan
- Fonction : Auteur
G Zavattini
- Fonction : Auteur
M Zhong
- Fonction : Auteur
T Zhu
- Fonction : Auteur
Résumé
Multiple viable theoretical models predict heavy dark matter particles with a mass close to the Planck mass, a range relatively unexplored by current experimental measurements. We use 219.4 days of data collected with the XENON1T experiment to conduct a blind search for signals from Multiply-Interacting Massive Particles (MIMPs). Their unique track signature allows a targeted analysis with only 0.05 expected background events from muons. Following unblinding, we observe no signal candidate events. This work places strong constraints on spin-independent interactions of dark matter particles with a mass between 1$\times$10$^{12}\,$GeV/c$^2$ and 2$\times$10$^{17}\,$GeV/c$^2$. In addition, we present the first exclusion limits on spin-dependent MIMP-neutron and MIMP-proton cross-sections for dark matter particles with masses close to the Planck scale.
Mots clés
dark matter: direct detection
scale: Planck
dark matter: mass
dark matter: heavy
dark matter: interaction
dark matter: parameter space
spin: dependence
new particle
particle: massive
muon: background
tracks
signature
channel cross section: upper limit
mass dependence
data analysis method
experimental results
Domaines
Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex] Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]Format du dépôt | Fichier |
---|---|
Type de dépôt | Article dans une revue |
Titre |
en
Searching for Heavy Dark Matter near the Planck Mass with XENON1T
|
Résumé |
en
Multiple viable theoretical models predict heavy dark matter particles with a mass close to the Planck mass, a range relatively unexplored by current experimental measurements. We use 219.4 days of data collected with the XENON1T experiment to conduct a blind search for signals from Multiply-Interacting Massive Particles (MIMPs). Their unique track signature allows a targeted analysis with only 0.05 expected background events from muons. Following unblinding, we observe no signal candidate events. This work places strong constraints on spin-independent interactions of dark matter particles with a mass between 1$\times$10$^{12}\,$GeV/c$^2$ and 2$\times$10$^{17}\,$GeV/c$^2$. In addition, we present the first exclusion limits on spin-dependent MIMP-neutron and MIMP-proton cross-sections for dark matter particles with masses close to the Planck scale.
|
Auteur(s) |
E Aprile
, K Abe
, 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
, M Bazyk
2
, L Bellagamba
, R Biondi
, A Bismark
, E.J Brookes
, A Brown
, S Bruenner
, G Bruno
2
, R Budnik
, T.K Bui
, C Cai
, J.M.R Cardoso
, D Cichon
, A.P. Cimental Chavez
, M Clark
, A.P Colijn
, J Conrad
, J.J Cuenca-García
, J.P Cussonneau
2
, V d'Andrea
, M.P Decowski
, P Di Gangi
, S Di Pede
, S Diglio
2
, K Eitel
, A Elykov
, S Farrell
, A.D Ferella
, C Ferrari
, H Fischer
, M Flierman
, W Fulgione
, C Fuselli
, P Gaemers
, R Gaior
1
, A. Gallo Rosso
, M Galloway
, F Gao
, R Glade-Beucke
, L Grandi
, J Grigat
, H Guan
, M Guida
, R Hammann
, A Higuera
, C Hils
, L Hoetzsch
, N.F Hood
, 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
, F Kuger
, H Landsman
, R.F Lang
, L Levinson
, I Li
, S Li
, S Liang
, S Lindemann
, M Lindner
, K Liu
, J Loizeau
2
, F Lombardi
, J Long
, J.A.M Lopes
, Y Ma
, C Macolino
, J Mahlstedt
, A Mancuso
, L Manenti
, F Marignetti
, T. Marrodán Undagoitia
, K Martens
, J Masbou
2
, 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
, K Ni
, U Oberlack
, B Paetsch
, J Palacio
, Q Pellegrini
1
, R Peres
, C Peters
, J Pienaar
, M Pierre
2
, V Pizzella
, G Plante
, T.R Pollmann
, J Qi
, J Qin
, D. Ramírez García
, R Singh
, L Sanchez
, J.M.F dos Santos
, I Sarnoff
, G Sartorelli
, J Schreiner
, D Schulte
, P Schulte
, H. Schulze Eißing
, M Schumann
, L. Scotto Lavina
1
, M Selvi
, F Semeria
, P Shagin
, S Shi
, E Shockley
, M Silva
, H Simgen
, A Takeda
, P.-L Tan
, A Terliuk
, D Thers
2
, F Toschi
, G Trinchero
, C Tunnell
, F Tönnies
, K Valerius
, G Volta
, C Weinheimer
, M Weiss
, D Wenz
, C Wittweg
, T Wolf
, V.H.S Wu
, Y Xing
2
, D Xu
, Z Xu
, M Yamashita
, L Yang
, J Ye
, L Yuan
, G Zavattini
, M Zhong
, T Zhu
1
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
2
SUBATECH -
Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées
( 1088589 )
- IMT Atlantique - Campus de Nantes - La Chantrerie - 4, rue Alfred Kastler - CS 20722 - 44307 NANTES Cedex 3
- France
|
Langue du document |
Anglais
|
Volume |
130
|
Numéro |
26
|
Page/Identifiant |
261002
|
Date de publication |
2023
|
Audience |
Internationale
|
Vulgarisation |
Non
|
Comité de lecture |
Oui
|
Nom de la revue |
|
Domaine(s) |
|
Collaboration/Projet |
|
Mots-clés |
en
dark matter: direct detection, scale: Planck, dark matter: mass, dark matter: heavy, dark matter: interaction, dark matter: parameter space, spin: dependence, new particle, particle: massive, muon: background, tracks, signature, channel cross section: upper limit, mass dependence, data analysis method, experimental results
|
arXiv Id | 2304.10931 |
DOI | 10.1103/PhysRevLett.130.261002 |
inSPIRE HEP | 2653323 |
Origine :
Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte
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