Demonstration of surface electron rejection with interleaved germanium detectors for dark matter searches

被引：48

作者：

Agnese, R. ^{[1
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Anderson, A. J. ^{[2
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Balakishiyeva, D. ^{[1
]}

Thakur, R. Basu ^{[3
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Bauer, D. A. ^{[3
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Borgland, A. ^{[5
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Brandt, D. ^{[5
]}

Brink, P. L. ^{[5
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Bunker, R. ^{[6
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Cabrera, B. ^{[7
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Caldwell, D. O. ^{[8
]}

Cerdeno, D. G. ^{[9
,10
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Chagani, H. ^{[11
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Cherry, M. ^{[7
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Cooley, J. ^{[12
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Cornell, B. ^{[13
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Crewdson, C. H. ^{[14
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Cushman, P. ^{[11
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Daal, M. ^{[15
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Di Stefano, P. C. F. ^{[14
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Do Couto E Silva, E. ^{[5
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Doughty, T. ^{[15
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Esteban, L. ^{[9
,10
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Fallows, S. ^{[11
]}

Figueroa-Feliciano, E. ^{[2
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Fox, J. ^{[14
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Fritts, M. ^{[11
]}

Godfrey, G. L. ^{[5
]}

Golwala, S. R. ^{[13
]}

Hall, J. ^{[16
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Harris, H. R. ^{[17
]}

Hasi, J. ^{[5
]}

Hertel, S. A. ^{[2
]}

Hines, B. A. ^{[18
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Hofer, T. ^{[11
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Holmgren, D. ^{[3
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Hsu, L. ^{[3
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Huber, M. E. ^{[18
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Jastram, A. ^{[17
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Kamaev, O. ^{[14
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Kara, B. ^{[12
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Kelsey, M. H. ^{[5
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Kenany, S. A. ^{[15
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Kennedy, A. ^{[11
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Kenney, C. J. ^{[5
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Kiveni, M. ^{[6
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Koch, K. ^{[11
]}

Loer, B. ^{[3
]}

Lopez Asamar, E. ^{[9
,10
]}

Mahapatra, R. ^{[17
]}

机构：

[1] Univ Florida, Dept Phys, Gainesville, FL 32611 USA

[2] MIT, Dept Phys, Cambridge, MA 02139 USA

[3] Fermilab Natl Accelerator Lab, Batavia, IL 60510 USA

[4] Univ Illinois, Dept Phys, Urbana, IL 61801 USA

[5] SLAC Natl Accelerator Lab, Kavli Inst Particle Astrophys & Cosmol, Menlo Pk, CA 94025 USA

[6] Syracuse Univ, Dept Phys, Syracuse, NY 13244 USA

[7] Stanford Univ, Dept Phys, Stanford, CA 94305 USA

[8] Univ Calif Santa Barbara, Dept Phys, Santa Barbara, CA 93106 USA

[9] Univ Autonoma Madrid, Dept Fis Teor, E-28049 Madrid, Spain

[10] Univ Autonoma Madrid, Inst Fis Teor UAM CSIC, E-28049 Madrid, Spain

[11] Univ Minnesota, Sch Phys & Astron, Minneapolis, MN 55455 USA

[12] So Methodist Univ, Dept Phys, Dallas, TX 75275 USA

[13] CALTECH, Div Phys Math & Astron, Pasadena, CA 91125 USA

[14] Queens Univ, Dept Phys, Kingston, ON K7L 3N6, Canada

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

[16] Pacific NW Natl Lab, Richland, WA 99352 USA

[17] Texas A&M Univ, Dept Phys, College Stn, TX 77843 USA

[18] Univ Colorado, Dept Phys, Denver, CO 80217 USA

[19] Univ Evansville, Dept Phys, Evansville, IN 47722 USA

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

[21] Santa Clara Univ, Dept Phys, Santa Clara, CA 95053 USA

来源：

APPLIED PHYSICS LETTERS | 2013年 / 103卷 / 16期

基金：

美国能源部; 加拿大自然科学与工程研究理事会; 美国国家科学基金会;

关键词：

730 KG DAYS; DISCRIMINATION;

D O I：

10.1063/1.4826093

中图分类号：

O59 [应用物理学];

学科分类号：

摘要：

The SuperCDMS experiment in the Soudan Underground Laboratory searches for dark matter with a 9-kg array of cryogenic germanium detectors. Symmetric sensors on opposite sides measure both charge and phonons from each particle interaction, providing excellent discrimination between electron and nuclear recoils, and between surface and interior events. Surface event rejection capabilities were tested with two Pb-210 sources producing similar to 130 beta decays/hr. In similar to 800 live hours, no events leaked into the 8-115 keV signal region, giving upper limit leakage fraction 1.7 x 10(-5) at 90% C.L., corresponding to <0.6 surface event background in the future 200-kg SuperCDMS SNOLAB experiment. (C) 2013 AIP Publishing LLC.

引用

页数：5

共 32 条

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

Agostinelli, S ;

Allison, J ;

Amako, K ;

Apostolakis, J ;

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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 ;

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Heikkinen, A ;

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[2] Search for inelastic dark matter with the CDMS II experiment [J].

Ahmed, Z. ;

Akerib, D. S. ;

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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. ;

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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. ;

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[4] Dark Matter Search Results from the CDMS II Experiment [J].

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Bauer, D. A. ;

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Bruch, T. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cooley, J. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

DeJongh, F. ;

Dragowsky, M. R. ;

Duong, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fritts, M. ;

Golwala, S. R. ;

Grant, D. 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. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

McCarthy, K. A. ;

Mirabolfathi, N. ;

Moore, D. ;

Nelson, H. ;

Ogburn, R. W. ;

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[5] Analysis of the low-energy electron-recoil spectrum of the CDMS experiment [J].

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Beaty, J. ;

Brink, P. L. ;

Bruch, T. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cooley, J. ;

Cushman, P. ;

DeJongh, F. ;

Dragowsky, M. R. ;

Duong, L. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fritts, M. ;

Golwala, S. R. ;

Grant, D. R. ;

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Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

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Kiveni, M. ;

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Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

Moore, D. ;

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[6] Search for Axions with the CDMS Experiment [J].

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Beaty, J. ;

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Cushman, P. ;

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Dragowsky, M. R. ;

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[7] Search for Weakly Interacting Massive Particles with the First Five-Tower Data from the Cryogenic Dark Matter Search at the Soudan Underground Laboratory [J].

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Beaty, J. ;

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Burke, S. ;

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Caldwell, D. O. ;

Cooley, J. ;

Cushman, P. ;

DeJongh, F. ;

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Emes, J. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fritts, M. ;

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Grant, D. R. ;

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Hennings-Yeomans, R. ;

Hertel, S. ;

Holmgren, D. ;

Huber, M. E. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

McCarthy, K. A. ;

Mirabolfathi, N. ;

Nelson, H. ;

Novak, L. ;

Ogburn, R. W. ;

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Ramberg, E. ;

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[8]

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[9] Low-threshold analysis of CDMS shallow-site data [J].

Akerib, D. S. ;

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Bolozdynya, A. I. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Chang, C. L. ;

Clarke, R. M. ;

Cooley, J. ;

Crisler, M. B. ;

Cushman, P. ;

DeJongh, F. ;

Dixon, R. ;

Driscoll, D. D. ;

Filippini, J. ;

Funkhouser, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Golwala, S. R. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Kamat, S. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

Meunier, P. ;

Mirabolfathi, N. ;

Moore, D. ;

Nam, S. W. ;

Nelson, H. ;

Ogburn, R. W. ;

Qiu, X. ;

Rau, W. ;

Reisetter, A. ;

Saab, T. ;

Sadoulet, B. ;

Sander, J. ;

Savage, C. ;

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Seitz, D. N. ;

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Wang, G. ;

Yellin, S. ;

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[10] Limits on spin-dependent WIMP-nucleon interactions from the Cryogenic Dark Matter Search [J].

Akerib, DS ;

Armel-Funkhouser, MS ;

Attisha, MJ ;

Bailey, CN ;

Baudis, L ;

Bauer, DA ;

Brink, PL ;

Brusov, PP ;

Bunker, R ;

Cabrera, B ;

Caldwell, DO ;

Chang, CL ;

Cooley, J ;

Crisler, MB ;

Cushman, P ;

Daal, M ;

DeJongh, F ;

Dixon, R ;

Dragowsky, MR ;

Driscoll, DD ;

Duong, L ;

Ferril, R ;

Filippini, J ;

Gaitskell, RJ ;

Golwala, SR ;

Grant, DR ;

Hennings-Yeomans, R ;

Holmgren, D ;

Huber, ME ;

Kamat, S ;

Leclercq, S ;

Lu, A ;

Mahapatra, R ;

Mandic, V ;

Meunier, P ;

Mirabolfathi, N ;

Nelson, H ;

Nelson, R ;

Ogburn, RW ;

Perera, TA ;

Pyle, M ;

Ramberg, E ;

Rau, W ;

Reisetter, A ;

Ross, RR ;

Saab, T ;

Sadoulet, B ;

Sander, J ;

Savage, C ;

Schnee, RW .

PHYSICAL REVIEW D, 2006, 73 (01)

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共 32 条

[1] 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 ;

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

[2] Search for inelastic dark matter with the CDMS II experiment [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. ;

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[3] 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. ;

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do Couto e Silva, E. ;

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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. ;

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[4] Dark Matter Search Results from the CDMS II Experiment [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. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

DeJongh, F. ;

Dragowsky, M. R. ;

Duong, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fritts, M. ;

Golwala, S. R. ;

Grant, D. 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. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

McCarthy, K. A. ;

Mirabolfathi, N. ;

Moore, D. ;

Nelson, H. ;

Ogburn, R. W. ;

Phipps, A. ;

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[5] Analysis of the low-energy electron-recoil spectrum of the CDMS experiment [J].

Ahmed, Z. ;

Akerib, D. S. ;

Arrenberg, S. ;

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Balakishiyeva, D. ;

Baudis, L. ;

Bauer, D. A. ;

Beaty, J. ;

Brink, P. L. ;

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Hennings-Yeomans, R. ;

Hertel, S. ;

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Mandic, V. ;

Moore, D. ;

McCarthy, K. A. ;

Mirabolfathi, N. ;

Nelson, H. ;

Ogburn, R. W. ;

Pyle, M. ;

Qiu, X. ;

Ramberg, E. ;

Rau, W. ;

Reisetter, A. ;

Saab, T. ;

Sadoulet, B. ;

Sander, J. ;

Schnee, R. W. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2010, 81 (04)

[6] Search for Axions with the CDMS Experiment [J].

Ahmed, Z. ;

Akerib, D. S. ;

Arrenberg, S. ;

Bailey, C. N. ;

Balakishiyeva, D. ;

Baudis, L. ;

Bauer, D. A. ;

Beaty, J. ;

Brink, P. L. ;

Bruch, T. ;

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Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cooley, J. ;

Cushman, P. ;

DeJongh, F. ;

Dragowsky, M. R. ;

Duong, L. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fritts, M. ;

Golwala, S. R. ;

Grant, D. R. ;

Hall, J. ;

Hennings-Yeomans, R. ;

Hertel, S. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Kamaev, O. ;

Kiveni, M. ;

Kos, M. ;

Leman, S. W. ;

Mahapatra, R. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2006, 73 (01)

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