DarkSide-20k: A 20 tonne two-phase LAr TPC for direct dark matter detection at LNGS

C. Aalseth; F. Acerbi; P. Agnes; I. Albuquerque; T. Alexander; A. Alici; A. Alton; P. Antonioli; S. Arcelli; R. Ardito; I. Arnquist; D. Asner; M. Ave; H. Back; A. Barrado Olmedo; G. Batignani; E. Bertoldo; S. Bettarini; M. Bisogni; V. Bocci; A. Bondar; G. Bonfini; W. Bonivento; M. Bossa; B. Bottino; M. Boulay; R. Bunker; S. Bussino; A. Buzulutskov; M. Cadeddu; M. Cadoni; A. Caminata; N. Canci; A. Candela; C. Cantini; M. Caravati; M. Cariello; M. Carlini; M. Carpinelli; A. Castellani; S. Catalanotti; V. Cataudella; P. Cavalcante; S. Cavuoti; R. Cereseto; A. Chepurnov; C. Cicalò; L. Cifarelli; M. Citterio; A. Cocco; M. Colocci; S. Corgiolu; G. Covone; P. Crivelli; I. D’antone; M. D’incecco; D. D’urso; M. da Rocha Rolo; M. Daniel; S. Davini; A. de Candia; S. de Cecco; M. de Deo; G. de Filippis; G. de Guido; G. de Rosa; G. Dellacasa; M. Della Valle; P. Demontis; A. Derbin; A. Devoto; F. Di Eusanio; G. Di Pietro; C. Dionisi; A. Dolgov; I. Dormia; S. Dussoni; A. Empl; M. Fernandez Diaz; A. Ferri; C. Filip; G. Fiorillo; K. Fomenko; D. Franco; G. Froudakis; F. Gabriele; A. Gabrieli; C. Galbiati; P. Garcia Abia; A. Gendotti; A. Ghisi; S. Giagu; P. Giampa; G. Gibertoni; C. Giganti; M. Giorgi; G. Giovanetti; M. Gligan; A. Gola; O. Gorchakov; A. Goretti; F. Granato; M. Grassi; J. Grate; G. Grigoriev; M. Gromov; M. Guan; M. Guerra; M. Guerzoni; M. Gulino; R. Haaland; A. Hallin; B. Harrop; E. Hoppe; S. Horikawa; B. Hosseini; D. Hughes; P. Humble; E. Hungerford; An. Ianni; C. Jillings; T. Johnson; K. Keeter; C. Kendziora; S. Kim; G. Koh; D. Korablev; G. Korga; A. Kubankin; M. Kuss; M. Kuźniak; M. La Commara; B. Lehnert; X. Li; M. Lissia; G. Lodi; B. Loer; G. Longo; P. Loverre; R. Lussana; L. Luzzi; Y. Ma; A. Machado; I. Machulin; A. Mandarano; L. Mapelli; M. Marcante; A. Margotti; S. Mari; M. Mariani; J. Maricic; C. Martoff; M. Mascia; M. Mayer; A. Mcdonald; A. Messina; P. Meyers; R. Milincic; A. Moggi; S. Moioli; J. Monroe; A. Monte; M. Morrocchi; B. Mount; W. Mu; V. Muratova; S. Murphy; P. Musico; R. Nania; A. Navrer Agasson; I. Nikulin; V. Nosov; A. Nozdrina; N. Nurakhov; A. Oleinik; V. Oleynikov; M. Orsini; F. Ortica; L. Pagani; M. Pallavicini; S. Palmas; L. Pandola; E. Pantic; E. Paoloni; G. Paternoster; V. Pavletcov; F. Pazzona; S. Peeters; K. Pelczar; L. Pellegrini; N. Pelliccia; F. Perotti; R. Perruzza; V. Pesudo; C. Piemonte; F. Pilo; A. Pocar; T. Pollmann; D. Portaluppi; D. Pugachev; H. Qian; B. Radics; F. Raffaelli; F. Ragusa; M. Razeti; A. Razeto; V. Regazzoni; C. Regenfus; B. Reinhold; A. Renshaw; M. Rescigno; F. Retiere; Q. Riffard; A. Rivetti; S. Rizzardini; A. Romani; L. Romero; B. Rossi; N. Rossi; A. Rubbia; D. Sablone; P. Salatino; O. Samoylov; E. Sánchez García; W. Sands; Sandra Sanfilippo; M. Sant; R. Santorelli; C. Savarese; E. Scapparone; B. Schlitzer; G. Scioli; E. Segreto; A. Seifert; D. Semenov; A. Shchagin; L. Shekhtman; E. Shemyakina; A. Sheshukov; M. Simeone; P. Singh; P. Skensved; M. Skorokhvatov; O. Smirnov; G. Sobrero; A. Sokolov; A. Sotnikov; F. Speziale; R. Stainforth; C. Stanford; G. Suffritti; Y. Suvorov; R. Tartaglia; G. Testera; A. Tonazzo; A. Tosi; P. Trinchese; E. Unzhakov; A. Vacca; E. Vázquez-Jáuregui; M. Verducci; T. Viant; Francesca Villa; A. Vishneva; B. Vogelaar; M. Wada; J. Wahl; J. Walding; H. Wang; Y. Wang; A. Watson; S. Westerdale; R. J. Williams; M. Wojcik; S. Wu; X. Xiang; X. Xiao; C. Yang; Z. Ye; A. Yllera de Llano; F. Zappa; G. Zappalà; C. Zhu; A. Zichichi; M. Zullo; A. Zullo; G. Zuzel

doi:10.1140/epjp/i2018-11973-4

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DarkSide-20k: A 20 tonne two-phase LAr TPC for direct dark matter detection at LNGS

Article de revue

Open Access

Avec comité de lecture

DarkSide-20k: A 20 tonne two-phase LAr TPC for direct dark matter detection at LNGS

C. Aalseth, F. Acerbi, P. Agnes, I. Albuquerque, T. Alexander, A. Alici, A. Alton, P. Antonioli, S. Arcelli, R. Ardito, …

The European Physical Journal Plus, Vol.133(3)

03/2018

DOI: https://doi.org/10.1140/epjp/i2018-11973-4

Résumé

Liquid Scintillator

SiPM

Silicon Photomultiplier

Underground Argon

Low-radioactivity Argon

Dark Matter

WIMP

Nobel Liquid Detector

Low-background Detectors

Building on the successful experience in operating the DarkSide-50 detector, the Dark-Side Collaboration is going to construct DarkSide-20k, a direct WIMP search detector using a two-phase Liquid Argon Time Projection Chamber (LAr TPC) with an active (fiducial) mass of 23 t (20 t). The DarkSide-20k LAr TPC will be deployed within a shield/veto with a spherical Liquid Scintillator Veto (LSV) inside a cylindrical Water Cherenkov Veto (WCV). Operation of DarkSide-50 demonstrated a major reduction in the dominant 39Ar background when using argon extracted from an underground source, before applying pulse shape analysis. Data from DarkSide-50, in combination with MC simulation and analytical modeling, shows that a rejection factor for discrimination between electron and nuclear recoils of >3 × 109 is achievable. This, along with the use of the veto system, is the key to unlocking the path to large LAr TPC detector masses, while maintaining an “instrumental background-free” experiment, an experiment in which less than <0.1 events (other than ν-induced nuclear recoils) is expected to occur within the WIMP search region during the planned exposure. DarkSide-20k will have ultra-low backgrounds than can be measured in situ. This will give sensitivity to WIMP-nucleon cross sections of 1.2 × 10−47 cm2 (1.1 × 10−46 cm2) for WIMPs of 1 TeV/c2 (10 TeV/c2) mass, to be achieved during a 5 yr run producing an exposure of 100 t yr free from any instrumental background. DarkSide-20k could then extend its operation to a decade, increasing the exposure to 200 t yr, reaching a sensitivity of 7.4 × 10−48 cm2 (6.9 × 10−47 cm2) for WIMPs of 1 TeV/c2 (10 TeV/c2) mass.

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Détails

Titre: DarkSide-20k: A 20 tonne two-phase LAr TPC for direct dark matter detection at LNGS
Créateurs - sans rôle: C. Aalseth - Pacific Northwest National Laboratory
F. Acerbi - Fondazione Bruno Kessler
P. Agnes - University of Houston
I. Albuquerque
T. Alexander - Pacific Northwest National Laboratory
A. Alici - Centro Ricerche Enrico Fermi
A. Alton - Augustana University
P. Antonioli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
S. Arcelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
R. Ardito - Politecnico di Milano
I. Arnquist - Pacific Northwest National Laboratory
D. Asner - Pacific Northwest National Laboratory
M. Ave - Universidade de São Paulo
H. Back - Pacific Northwest National Laboratory
A. Barrado Olmedo
G. Batignani - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E. Bertoldo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca
S. Bettarini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
M. Bisogni - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
V. Bocci - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
A. Bondar - Budker Institute of Nuclear Physics
G. Bonfini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
W. Bonivento
M. Bossa - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
B. Bottino - University of Genoa
M. Boulay - Carleton University
R. Bunker - Pacific Northwest National Laboratory
S. Bussino - Roma Tre University
A. Buzulutskov - Budker Institute of Nuclear Physics
M. Cadeddu
M. Cadoni
A. Caminata - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
N. Canci - University of Houston
A. Candela - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
C. Cantini - ETH Zurich
M. Caravati
M. Cariello - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
M. Carlini
M. Carpinelli - University of Sassari
A. Castellani - Politecnico di Milano
S. Catalanotti - University of Naples Federico II
V. Cataudella - University of Naples Federico II
P. Cavalcante - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
S. Cavuoti - University of Naples Federico II
R. Cereseto - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
A. Chepurnov - Lomonosov Moscow State University
C. Cicalò
L. Cifarelli - Centro Ricerche Enrico Fermi
M. Citterio - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
A. Cocco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
M. Colocci - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
S. Corgiolu
G. Covone - University of Naples Federico II
P. Crivelli - ETH Zurich
I. D’antone
M. D’incecco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
D. D’urso - University of Sassari
M. da Rocha Rolo
M. Daniel - Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas
S. Davini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
A. de Candia
S. de Cecco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
M. de Deo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
G. de Filippis - University of Naples Federico II
G. de Guido - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
G. de Rosa - University of Naples Federico II
G. Dellacasa - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
M. Della Valle - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
P. Demontis - University of Sassari
A. Derbin - Petersburg Nuclear Physics Institute
A. Devoto
F. Di Eusanio - Princeton University
G. Di Pietro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
C. Dionisi
A. Dolgov - Novosibirsk State University
I. Dormia - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
S. Dussoni - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
A. Empl - University of Houston
M. Fernandez Diaz
A. Ferri - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Trento Institute for Fundamental Physics And Applications
C. Filip - National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies
G. Fiorillo - University of Naples Federico II
K. Fomenko - Joint Institute for Nuclear Research
D. Franco - Centre National de la Recherche Scientifique
G. Froudakis - University of Crete
F. Gabriele - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
A. Gabrieli - University of Sassari
C. Galbiati - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
P. Garcia Abia
A. Gendotti - ETH Zurich
A. Ghisi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
S. Giagu - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
P. Giampa - TRIUMF
G. Gibertoni - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
C. Giganti - Sorbonne Université
M. Giorgi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Giovanetti - Princeton University
M. Gligan - National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies
A. Gola - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Trento Institute for Fundamental Physics And Applications
O. Gorchakov - Joint Institute for Nuclear Research
A. Goretti
F. Granato
M. Grassi - Department of Electrical Engineering
J. Grate
G. Grigoriev
M. Gromov
M. Guan
M. Guerra - Laboratorio de Instrumentaçao, Engenharia Biomédica e Fisica da Radiaçao
M. Guerzoni
M. Gulino
R. Haaland
A. Hallin
B. Harrop
E. Hoppe
S. Horikawa
B. Hosseini
D. Hughes
P. Humble
E. Hungerford
An. Ianni
C. Jillings
T. Johnson
K. Keeter
C. Kendziora
S. Kim
G. Koh
D. Korablev
G. Korga
A. Kubankin
M. Kuss
M. Kuźniak - Paul Scherrer Institute
M. La Commara - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
B. Lehnert
X. Li
M. Lissia
G. Lodi
B. Loer
G. Longo
P. Loverre
R. Lussana
L. Luzzi
Y. Ma
A. Machado
I. Machulin
A. Mandarano
L. Mapelli
M. Marcante
A. Margotti
S. Mari - Université de Montpellier, Institut des Sciences des Plantes de Montpellier - IPSiM
M. Mariani - Sciences pour l'Environnement
J. Maricic
C. Martoff
M. Mascia
M. Mayer
A. Mcdonald
A. Messina
P. Meyers - Department of Geological Sciences
R. Milincic
A. Moggi
S. Moioli
J. Monroe
A. Monte
M. Morrocchi
B. Mount
W. Mu
V. Muratova
S. Murphy
P. Musico
R. Nania
A. Navrer Agasson - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
I. Nikulin
V. Nosov
A. Nozdrina
N. Nurakhov
A. Oleinik
V. Oleynikov
M. Orsini
F. Ortica
L. Pagani - Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique
M. Pallavicini
S. Palmas
L. Pandola
E. Pantic
E. Paoloni
G. Paternoster
V. Pavletcov
F. Pazzona
S. Peeters
K. Pelczar
L. Pellegrini
N. Pelliccia
F. Perotti
R. Perruzza
V. Pesudo
C. Piemonte
F. Pilo
A. Pocar
T. Pollmann
D. Portaluppi
D. Pugachev
H. Qian
B. Radics
F. Raffaelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
F. Ragusa
M. Razeti
A. Razeto
V. Regazzoni
C. Regenfus
B. Reinhold
A. Renshaw
M. Rescigno
F. Retiere
Q. Riffard - AstroParticule et Cosmologie
A. Rivetti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
S. Rizzardini
A. Romani
L. Romero
B. Rossi
N. Rossi
A. Rubbia
D. Sablone
P. Salatino
O. Samoylov
E. Sánchez García
W. Sands
Sandra Sanfilippo - STEM
M. Sant
R. Santorelli
C. Savarese
E. Scapparone
B. Schlitzer
G. Scioli
E. Segreto
A. Seifert - Microsystems
D. Semenov
A. Shchagin
L. Shekhtman
E. Shemyakina
A. Sheshukov
M. Simeone
P. Singh - Pondicherry Univrsity, Department of Earth Sciences, School of Physical, Chemical & Applied Sciences
P. Skensved
M. Skorokhvatov
O. Smirnov - Rhodes University
G. Sobrero
A. Sokolov
A. Sotnikov
F. Speziale
R. Stainforth
C. Stanford
G. Suffritti
Y. Suvorov
R. Tartaglia
G. Testera
A. Tonazzo - AstroParticule et Cosmologie
A. Tosi
P. Trinchese
E. Unzhakov
A. Vacca
E. Vázquez-Jáuregui
M. Verducci
T. Viant
Francesca Villa
A. Vishneva
B. Vogelaar
M. Wada - inconnu
J. Wahl
J. Walding
H. Wang
Y. Wang - Institute of Computing Technology
A. Watson
S. Westerdale
R. J. Williams - Centre for Ultrahigh Bandwidth Devices for Optical Systems
M. Wojcik
S. Wu
X. Xiang
X. Xiao - Laboratoire Géophysique et évaluation non destructive
C. Yang
Z. Ye
A. Yllera de Llano
F. Zappa
G. Zappalà
C. Zhu
A. Zichichi
M. Zullo
A. Zullo
G. Zuzel
Détails de publication: The European Physical Journal Plus, Vol.133(3)
Identifiants: 99160765809311
Unité académique: Institut des Sciences des Plantes de Montpellier - IPSiM
Langue: English
Type de ressource: Journal article
Champs locaux: hal-02296261