Search for Dark Matter Annihilations in the Sun with the 79-String IceCube Detector

被引：228

作者：

Aartsen, M. G. ^{[2
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Abbasi, R. ^{[29
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Abdou, Y. ^{[24
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Ackermann, M. ^{[46
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Adams, J. ^{[16
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Aguilar, J. A. ^{[23
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Ahlers, M. ^{[29
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Altmann, D. ^{[10
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Auffenberg, J. ^{[29
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Bai, X. ^{[34
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Baker, M. ^{[29
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Barwick, S. W. ^{[25
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Baum, V. ^{[31
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Bay, R. ^{[8
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Beattie, K. ^{[9
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Beatty, J. J. ^{[18
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Bechet, S. ^{[13
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Tjus, J. Becker ^{[11
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Becker, K. -H. ^{[45
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Bell, M. ^{[43
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Benabderrahmane, M. L. ^{[46
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BenZvi, S. ^{[29
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Berdermann, J. ^{[46
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Berghaus, P. ^{[46
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Berley, D. ^{[17
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Bernardini, E. ^{[46
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Bernhard, A. ^{[33
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Bertrand, D. ^{[13
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Besson, D. Z. ^{[27
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Bindig, D. ^{[45
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Bissok, M. ^{[1
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Blaufuss, E. ^{[17
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Blumenthal, J. ^{[1
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Boersma, D. J. ^{[1
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Bohm, C. ^{[38
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Bose, D. ^{[14
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Boeser, S. ^{[12
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Botner, O. ^{[44
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Brayeur, L. ^{[14
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Brown, A. M. ^{[16
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Bruijn, R. ^{[26
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Brunner, J. ^{[46
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Buitink, S. ^{[14
]}

Carson, M. ^{[24
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Casey, J. ^{[5
,6
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Casier, M. ^{[14
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Chirkin, D. ^{[29
,30
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Christy, B. ^{[17
]}

Clark, K. ^{[43
]}

机构：

[1] Rhein Westfal TH Aachen, Inst Phys 3, D-52056 Aachen, Germany

[2] Univ Adelaide, Sch Chem & Phys, Adelaide, SA 5005, Australia

[3] Univ Alaska Anchorage, Dept Phys & Astron, Anchorage, AK 99508 USA

[4] Clark Atlanta Univ, CTSPS, Atlanta, GA 30314 USA

[5] Georgia Inst Technol, Sch Phys, Atlanta, GA 30332 USA

[6] Georgia Inst Technol, Ctr Relativist Astrophys, Atlanta, GA 30332 USA

[7] Southern Univ, Dept Phys, Baton Rouge, LA 70813 USA

[8] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA

[9] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Natl Lab, Berkeley, CA 94720 USA

[10] Humboldt Univ, Inst Phys, D-12489 Berlin, Germany

[11] Ruhr Univ Bochum, Fak Phys & Astron, D-44780 Bochum, Germany

[12] Univ Bonn, Inst Phys, D-53115 Bonn, Germany

[13] Univ Libre Bruxelles, Sci Fac CP230, B-1050 Brussels, Belgium

[14] Vrije Univ Brussel, Dienst ELEM, B-1050 Brussels, Belgium

[15] Chiba Univ, Dept Phys, Chiba 2638522, Japan

[16] Univ Canterbury, Dept Phys & Astron, Christchurch 1, New Zealand

[17] Univ Maryland, Dept Phys, College Pk, MD 20742 USA

[18] Ohio State Univ, Dept Phys, Columbus, OH 43210 USA

[19] Ohio State Univ, Ctr Cosmol & Astroparticle Phys, Columbus, OH 43210 USA

[20] Ohio State Univ, Dept Astron, Columbus, OH 43210 USA

[21] TU Dortmund Univ, Dept Phys, D-44221 Dortmund, Germany

[22] Univ Alberta, Dept Phys, Edmonton, AB T6G 2G7, Canada

[23] Univ Geneva, Dept Phys Nucl & Corpusculaire, CH-1211 Geneva, Switzerland

[24] Univ Ghent, Dept Phys & Astron, B-9000 Ghent, Belgium

[25] Univ Calif Irvine, Dept Phys & Astron, Irvine, CA 92697 USA

[26] Ecole Polytech Fed Lausanne, High Energy Phys Lab, CH-1015 Lausanne, Switzerland

[27] Univ Kansas, Dept Phys & Astron, Lawrence, KS 66045 USA

[28] Univ Wisconsin, Dept Astron, Madison, WI 53706 USA

[29] Univ Wisconsin, Dept Phys, Madison, WI 53706 USA

[30] Univ Wisconsin, Wisconsin IceCube Particle Astrophys Ctr, Madison, WI 53706 USA

[31] Johannes Gutenberg Univ Mainz, Inst Phys, D-55099 Mainz, Germany

[32] Univ Mons, B-7000 Mons, Belgium

[33] Tech Univ Munich, D-85748 Garching, Germany

[34] Univ Delaware, Bartol Res Inst, Newark, DE 19716 USA

[35] Univ Delaware, Dept Phys & Astron, Newark, DE 19716 USA

[36] Univ Oxford, Dept Phys, Oxford OX1 3NP, England

[37] Univ Wisconsin, Dept Phys, River Falls, WI 54022 USA

[38] Stockholm Univ, Oskar Klein Ctr, SE-10691 Stockholm, Sweden

[39] Stockholm Univ, Dept Phys, SE-10691 Stockholm, Sweden

[40] SUNY Stony Brook, Dept Phys & Astron, Stony Brook, NY 11794 USA

[41] Univ Alabama, Dept Phys & Astron, Tuscaloosa, AL 35487 USA

[42] Penn State Univ, Dept Astron & Astrophys, University Pk, PA 16802 USA

[43] Penn State Univ, Dept Phys, University Pk, PA 16802 USA

[44] Uppsala Univ, Dept Phys & Astron, S-75120 Uppsala, Sweden

[45] Univ Wuppertal, Dept Phys, D-42119 Wuppertal, Germany

[46] DESY, D-15735 Zeuthen, Germany

[47] Sezione Ist Nazl Fis Nucl, Dipartimento Fis, I-70126 Bari, Italy

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2013年 / 110卷 / 13期

基金：

瑞士国家科学基金会; 美国国家科学基金会; 澳大利亚研究理事会; 瑞典研究理事会;

关键词：

MASSIVE PARTICLES; CONSTRAINTS; CAPTURE; CANDIDATES; NEUTRINOS; LIMITS;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.110.131302

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

We have performed a search for muon neutrinos from dark matter annihilation in the center of the Sun with the 79-string configuration of the IceCube neutrino telescope. For the first time, the DeepCore subarray is included in the analysis, lowering the energy threshold and extending the search to the austral summer. The 317 days of data collected between June 2010 and May 2011 are consistent with the expected background from atmospheric muons and neutrinos. Upper limits are set on the dark matter annihilation rate, with conversions to limits on spin-dependent and spin-independent scattering cross sections of weakly interacting massive particles (WIMPs) on protons, for WIMP masses in the range 20-5000 GeV=c(2). These are the most stringent spin-dependent WIMP-proton cross section limits to date above 35 GeV=c(2) for most WIMP models. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.131302

引用

页数：7

共 51 条

[1] Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a p-Type Point Contact Germanium Detector [J].

Aalseth, C. E. ;

Barbeau, P. S. ;

Bowden, N. S. ;

Cabrera-Palmer, B. ;

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Dazeley, S. ;

de Lurgio, P. ;

Fast, J. E. ;

Fields, N. ;

Greenberg, C. H. ;

Hossbach, T. W. ;

Keillor, M. E. ;

Kephart, J. D. ;

Marino, M. G. ;

Miley, H. S. ;

Miller, M. L. ;

Orrell, J. L. ;

Radford, D. C. ;

Reyna, D. ;

Tench, O. ;

Van Wechel, T. D. ;

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[2] Measurement of South Pole ice transparency with the IceCube LED calibration system [J].

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Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

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Ahlers, M. ;

Altmann, D. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K-H. ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clark, K. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2013, 711 :73-89

[3] The design and performance of IceCube DeepCore [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Allen, M. M. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brown, A. M. ;

Buitink, S. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clevermann, F. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

Silva, A. H. Cruz ;

D'Agostino, M. V. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2012, 35 (10) :615-624

[4] Multiyear search for dark matter annihilations in the Sun with the AMANDA-II and IceCube detectors [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Andeen, K. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Altmann, D. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Buitink, S. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Carson, M. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clevermann, F. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. .

PHYSICAL REVIEW D, 2012, 85 (04)

[5] Calibration and characterization of the IceCube photomultiplier tube [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2010, 618 (1-3) :139-152

[6] Limits on a Muon Flux from Neutralino Annihilations in the Sun with the IceCube 22-String Detector [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahlers, M. ;

Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

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Alba, J. L. Bazo ;

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Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

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Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Breder, D. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cohen, S. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Day, C. T. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2009, 102 (20)

[7] The IceCube data acquisition system: Signal capture, digitization, and timestamping [J].

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, J. ;

Andeen, K. ;

Auffenberge, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K-H. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bingham, B. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Breeder, D. ;

Burgess, T. ;

Carithers, W. ;

Castermans, T. ;

Chen, H. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Davour, A. ;

Day, C. T. ;

Depaepe, O. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2009, 601 (03) :294-316

[8] Optical properties of deep glacial ice at the South Pole [J].

Ackermann, M. ;

Ahrens, J. ;

Bai, X. ;

Bartelt, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. C. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Berghaus, P. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Boersma, D. J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Bouhali, O. ;

Burgess, C. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Chirkin, D. ;

Collin, B. ;

Conrad, J. ;

Cooley, J. ;

Cowen, D. F. ;

Davour, A. ;

De Clercq, C. ;

de los Heros, C. P. ;

Desiati, P. ;

DeYoung, T. ;

Ekstroem, P. ;

Feser, T. ;

Gaisser, T. K. ;

Ganugapati, R. ;

Geenen, H. ;

Gerhardt, L. ;

Goldschmidt, A. ;

Gross, A. ;

Hallgren, A. ;

Halzen, F. ;

Hanson, K. ;

Hardtke, D. H. ;

Harenberg, T. ;

Hauschildt, T. ;

Helbing, K. ;

Hellwig, M. ;

Herquet, P. ;

Hill, G. C. ;

Hodges, J. ;

Hubert, D. .

JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-ATMOSPHERES, 2006, 111 (D13)

[9] GEANT4-a simulation toolkit [J].

Agostinelli, S ;

Allison, J ;

Amako, K ;

Apostolakis, J ;

Araujo, H ;

Arce, P ;

Asai, M ;

Axen, D ;

Banerjee, S ;

Barrand, G ;

Behner, F ;

Bellagamba, L ;

Boudreau, J ;

Broglia, L ;

Brunengo, A ;

Burkhardt, H ;

Chauvie, S ;

Chuma, J ;

Chytracek, R ;

Cooperman, G ;

Cosmo, G ;

Degtyarenko, P ;

Dell'Acqua, A ;

Depaola, G ;

Dietrich, D ;

Enami, R ;

Feliciello, A ;

Ferguson, C ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

Cadenas, JJG ;

González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Hamatsu, R ;

Hashimoto, K ;

Hasui, H ;

Heikkinen, A ;

Howard, A .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2003, 506 (03) :250-303

[10] Results from a Low-Energy Analysis of the CDMS II Germanium Data [J].

Ahmed, Z. ;

Akerib, D. S. ;

Arrenberg, S. ;

Bailey, C. N. ;

Balakishiyeva, D. ;

Baudis, L. ;

Bauer, D. A. ;

Brink, P. L. ;

Bruch, T. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cooley, J. ;

do Couto e Silva, E. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

DeJongh, F. ;

Di Stefano, P. ;

Dragowsky, M. R. ;

Duong, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fox, J. ;

Fritts, M. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Hennings-Yeomans, R. ;

Hertel, S. A. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Kamaev, O. ;

Kiveni, M. ;

Kos, M. ;

Leman, S. W. ;

Liu, S. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

McCarthy, K. A. ;

Mirabolfathi, N. ;

Moore, D. ;

Nelson, H. ;

Ogburn, R. W. ;

Phipps, A. ;

Pyle, M. ;

Qiu, X. ;

Ramberg, E. ;

Rau, W. ;

Reisetter, A. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (13)

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共 51 条

[1] Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a p-Type Point Contact Germanium Detector [J].

Aalseth, C. E. ;

Barbeau, P. S. ;

Bowden, N. S. ;

Cabrera-Palmer, B. ;

Colaresi, J. ;

Collar, J. I. ;

Dazeley, S. ;

de Lurgio, P. ;

Fast, J. E. ;

Fields, N. ;

Greenberg, C. H. ;

Hossbach, T. W. ;

Keillor, M. E. ;

Kephart, J. D. ;

Marino, M. G. ;

Miley, H. S. ;

Miller, M. L. ;

Orrell, J. L. ;

Radford, D. C. ;

Reyna, D. ;

Tench, O. ;

Van Wechel, T. D. ;

Wilkerson, J. F. ;

Yocum, K. M. .

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Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K-H. ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

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Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

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[3] The design and performance of IceCube DeepCore [J].

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Ackermann, M. ;

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Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brown, A. M. ;

Buitink, S. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clevermann, F. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

Silva, A. H. Cruz ;

D'Agostino, M. V. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2012, 35 (10) :615-624

[4] Multiyear search for dark matter annihilations in the Sun with the AMANDA-II and IceCube detectors [J].

Abbasi, R. ;

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Giani, S ;

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Gibin, D ;

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Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

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