Direct dark matter search by annual modulation in XMASS-I

被引:35
作者
Abe, K. [1 ,5 ]
Hiraide, K. [1 ,5 ]
Ichimura, K. [1 ,5 ]
Kishimoto, Y. [1 ,5 ]
Kobayashi, K. [1 ,5 ,10 ]
Kobayashi, M. [1 ,5 ]
Moriyama, S. [1 ,5 ]
Nakahata, M. [1 ,5 ]
Norita, T. [1 ]
Ogawa, H. [1 ,5 ]
Sekiya, H. [1 ,5 ]
Takachio, O. [1 ]
Takeda, A. [1 ,5 ]
Yamashita, M. [1 ,5 ]
Yang, B. S. [1 ,5 ]
Kim, N. Y. [2 ]
Kim, Y. D. [2 ]
Tasaka, S. [1 ,3 ]
Fushimi, K. [4 ]
Liu, J. [5 ,13 ]
Martens, K. [5 ]
Suzuki, Y. [5 ]
Xu, B. D. [5 ]
Fujita, R. [7 ]
Hosokawa, K. [7 ]
Miuchi, K. [7 ]
Onishi, Y. [7 ]
Oka, N. [7 ]
Takeuchi, Y. [5 ,7 ]
Kim, Y. H. [2 ,8 ]
Lee, J. S. [8 ]
Lee, K. B. [8 ]
Lee, M. K. [8 ]
Fukuda, Y. [9 ]
Itow, Y. [6 ,10 ]
Kegasa, R. [10 ]
Kobayashi, K. [1 ,5 ,10 ]
Masuda, K. [10 ]
Takiya, H. [10 ]
Nishijima, K. [11 ]
Nakamura, S. [12 ]
机构
[1] Univ Tokyo, Inst Cosm Ray Res, Kamioka Observ, Gifu 5061205, Japan
[2] Inst for Basic Sci Korea, Ctr Underground Phys, 70 Yuseong Daero 1689 Gil, Daejeon 305811, South Korea
[3] Gifu Univ, Informat & Multimedia Ctr, Gifu 5011193, Japan
[4] Univ Tokushima, Inst Socioarts & Sci, 1-1 Minamijosanjimacho, Tokushima, Tokushima 7708502, Japan
[5] Univ Tokyo, Kavli Inst Phys & Math Universe WPI, Kashiwa, Chiba 2778582, Japan
[6] Nagoya Univ, Kobayashi Maskawa Inst Origin Particles & Univers, Chikusa Ku, Furo Cho, Nagoya, Aichi 4648602, Japan
[7] Kobe Univ, Dept Phys, Kobe, Hyogo 6578501, Japan
[8] Korea Res Inst Stand & Sci, Daejeon 305340, South Korea
[9] Miyagi Univ Educ, Dept Phys, Sendai, Miyagi 9800845, Japan
[10] Nagoya Univ, Solar Terr Environm Lab, Nagoya, Aichi 4648602, Japan
[11] Tokai Univ, Dept Phys, Hiratsuka, Kanagawa 2591292, Japan
[12] Yokohama Natl Univ, Dept Phys, Fac Engn, Yokohama, Kanagawa 2408501, Japan
[13] Univ South Dakota, Dept Phys, Vermillion, SD 57069 USA
基金
新加坡国家研究基金会;
关键词
Dark matter; Annual modulation; Liquid xenon;
D O I
10.1016/j.physletb.2016.05.081
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
A search for dark matter was conducted by looking for an annual modulation signal due to the Earth's rotation around the Sun using XMASS, a single phase liquid xenon detector. The data used for this analysis was 359.2 live days times 832 kg of exposure accumulated between November 2013 and March 2015. When we assume Weakly Interacting Massive Particle ( WIMP) dark matter elastically scattering on the target nuclei, the exclusion upper limit of the WIMP-nucleon cross section 4.3 x 10(-41) cm(2) at 8 GeV/c(2) was obtained and we exclude almost all the DAMA/LIBRA allowed region in the 6 to 16 GeV/c(2) range at similar to 10(-40) cm(2). The result of a simple modulation analysis, without assuming any specific dark matter model but including electron/gamma events, showed a slight negative amplitude. The p-values obtained with two independent analyses are 0.014 and 0.068 for null hypothesis, respectively. We obtained 90% C.L. upper bounds that can be used to test various models. This is the first extensive annual modulation search probing this region with an exposure comparable to DAMA/LIBRA. (C) 2016 The Author(s). Published by Elsevier B.V.
引用
收藏
页码:272 / 276
页数:5
相关论文
共 25 条
[1]   CoGeNT: A search for low-mass dark matter using p-type point contact germanium detectors [J].
Aalseth, C. E. ;
Barbeau, P. S. ;
Colaresi, J. ;
Collar, J. I. ;
Leon, J. Diaz ;
Fast, J. E. ;
Fields, N. E. ;
Hossbach, T. W. ;
Knecht, A. ;
Kos, M. S. ;
Marino, M. G. ;
Miley, H. S. ;
Miller, M. L. ;
Orrell, J. L. ;
Yocum, K. M. .
PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (01)
[2]   Search for Bosonic Superweakly Interacting Massive Dark Matter Particles with the XMASS-I Detector [J].
Abe, K. ;
Hieda, K. ;
Hiraide, K. ;
Hirano, S. ;
Kishimoto, Y. ;
Ichimura, K. ;
Kobayashi, K. ;
Moriyama, S. ;
Nakagawa, K. ;
Nakahata, M. ;
Ogawa, H. ;
Oka, N. ;
Sekiya, H. ;
Shinozaki, A. ;
Suzuki, Y. ;
Takeda, A. ;
Takachio, O. ;
Umemoto, D. ;
Yamashita, M. ;
Yang, B. S. ;
Tasaka, S. ;
Liu, J. ;
Martens, K. ;
Hosokawa, K. ;
Miuchi, K. ;
Murata, A. ;
Onishi, Y. ;
Otsuka, Y. ;
Takeuchi, Y. ;
Kim, Y. H. ;
Lee, K. B. ;
Lee, M. K. ;
Lee, J. S. ;
Fukuda, Y. ;
Itow, Y. ;
Masuda, K. ;
Takiya, H. ;
Uchida, H. ;
Kim, N. Y. ;
Kim, Y. D. ;
Kusaba, F. ;
Nishijima, K. ;
Fujii, K. ;
Murayama, I. ;
Nakamura, S. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (12)
[3]   XMASS detector [J].
Abe, K. ;
Hieda, K. ;
Hiraide, K. ;
Hirano, S. ;
Kishimoto, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Moriyama, S. ;
Nakagawa, K. ;
Nakahata, M. ;
Nishiie, H. ;
Ogawa, H. ;
Oka, N. ;
Sekiya, H. ;
Shinozaki, A. ;
Suzuki, Y. ;
Takeda, A. ;
Takachio, O. ;
Ueshima, K. ;
Umemoto, D. ;
Yamashita, M. ;
Yang, B. S. ;
Tasaka, S. ;
Liu, J. ;
Martens, K. ;
Hosokawa, K. ;
Miuchi, K. ;
Murata, A. ;
Onishi, Y. ;
Otsuka, Y. ;
Takeuchi, Y. ;
Kim, Y. H. ;
Lee, K. B. ;
Lee, M. K. ;
Lee, J. S. ;
Fukuda, Y. ;
Itow, Y. ;
Nishitani, Y. ;
Masuda, K. ;
Takiya, H. ;
Uchida, H. ;
Kim, N. Y. ;
Kim, Y. D. ;
Kusaba, F. ;
Motoki, D. ;
Nishijima, K. ;
Fujii, K. ;
Murayama, I. ;
Nakamura, S. .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2013, 716 :78-85
[4]   Light WIMP search in XMASS [J].
Abe, K. ;
Hieda, K. ;
Hiraide, K. ;
Hirano, S. ;
Kishimoto, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Moriyama, S. ;
Nakagawa, K. ;
Nakahata, M. ;
Ogawa, H. ;
Oka, N. ;
Sekiya, H. ;
Shinozaki, A. ;
Suzuki, Y. ;
Takeda, A. ;
Takachio, O. ;
Ueshima, K. ;
Umemoto, D. ;
Yamashita, M. ;
Yang, B. S. ;
Tasaka, S. ;
Liu, J. ;
Martens, K. ;
Hosokawa, K. ;
Miuchi, K. ;
Murata, A. ;
Onishi, Y. ;
Otsuka, Y. ;
Takeuchi, Y. ;
Kim, Y. H. ;
Lee, K. B. ;
Lee, M. K. ;
Lee, J. S. ;
Fukuda, Y. ;
Itow, Y. ;
Masuda, K. ;
Nishitani, Y. ;
Takiya, H. ;
Uchida, H. ;
Kim, N. Y. ;
Kim, Y. D. ;
Kusaba, F. ;
Motoki, D. ;
Nishijima, K. ;
Fujii, K. ;
Murayama, I. ;
Nakamura, S. .
PHYSICS LETTERS B, 2013, 719 (1-3) :78-82
[5]   Search for Low-Mass Weakly Interacting Massive Particles with SuperCDMS [J].
Agnese, R. ;
Anderson, A. J. ;
Asai, M. ;
Balakishiyeva, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Beaty, J. ;
Billard, J. ;
Borgland, A. ;
Bowles, M. A. ;
Brandt, D. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chagani, H. ;
Chen, Y. ;
Cherry, M. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Crewdson, C. H. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
DeVaney, D. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Silva, E. Do Couto E. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Hansen, S. ;
Harris, H. R. ;
Hertel, S. A. ;
Hines, B. A. ;
Hofer, T. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Jastram, A. ;
Kamaev, O. ;
Kara, B. ;
Kelsey, M. H. ;
Kenany, S. ;
Kennedy, A. ;
Kiveni, M. ;
Koch, K. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (24)
[6]   Silicon Detector Dark Matter Results from the Final Exposure of CDMS II [J].
Agnese, R. ;
Ahmed, Z. ;
Anderson, A. J. ;
Arrenberg, S. ;
Balakishiyeva, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Billard, J. ;
Borgland, A. ;
Brandt, D. ;
Brink, P. L. ;
Bruch, T. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chagani, H. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Crewdson, C. H. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Dejongh, F. ;
do Couto e Silva, E. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Filippini, J. ;
Fox, J. ;
Fritts, M. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, R. H. ;
Hertel, S. A. ;
Hofer, T. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Jastram, A. ;
Kamaev, O. ;
Kara, B. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kim, P. ;
Kiveni, M. ;
Koch, K. ;
Kos, M. ;
Leman, S. W. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (25)
[7]   First Results from the LUX Dark Matter Experiment at the Sanford Underground Research Facility [J].
Akerib, D. S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Bedikian, S. ;
Bernard, E. ;
Bernstein, A. ;
Bolozdynya, A. ;
Bradley, A. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Clark, K. ;
Coffey, T. ;
Currie, A. ;
Curioni, A. ;
Dazeley, S. ;
de Viveiros, L. ;
Dobi, A. ;
Dobson, J. ;
Dragowsky, E. M. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. ;
Faham, C. H. ;
Fiorucci, S. ;
Flores, C. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gehman, V. M. ;
Ghag, C. ;
Gibson, K. R. ;
Gilchriese, M. G. D. ;
Hall, C. ;
Hanhardt, M. ;
Hertel, S. A. ;
Horn, M. ;
Huang, D. Q. ;
Ihm, M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Kastens, L. ;
Kazkaz, K. ;
Knoche, R. ;
Kyre, S. ;
Lander, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (09)
[9]   Search for Event Rate Modulation in XENON100 Electronic Recoil Data [J].
Aprile, E. ;
Aalbers, J. ;
Agostini, F. ;
Alfonsi, M. ;
Anthony, M. ;
Arazi, L. ;
Arisaka, K. ;
Arneodo, F. ;
Balan, C. ;
Barrow, P. ;
Baudis, L. ;
Bauermeister, B. ;
Breur, P. A. ;
Brown, A. ;
Brown, E. ;
Bruenner, S. ;
Bruno, G. ;
Budnik, R. ;
Buetikofer, L. ;
Cardoso, M. R. ;
Cervantes, M. ;
Coderre, D. ;
Colijn, A. P. ;
Contreras, H. ;
Cussonneau, J. P. ;
Decowski, M. P. ;
de Perio, P. ;
Di Giovanni, A. ;
Duchovni, E. ;
Fattori, S. ;
Ferella, A. D. ;
Fieguth, A. ;
Fulgione, W. ;
Gao, F. ;
Garbini, M. ;
Geis, C. ;
Goetzke, L. W. ;
Grignon, C. ;
Gross, E. ;
Hampel, W. ;
Hasterok, C. ;
Itay, R. ;
Kaether, F. ;
Kaminsky, B. ;
Kessler, G. ;
Kish, A. ;
Landsman, H. ;
Lang, R. F. ;
Le Calloch, M. ;
Lellouch, D. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 115 (09)
[10]   Dark Matter Results from 225 Live Days of XENON100 Data [J].
Aprile, E. ;
Alfonsi, M. ;
Arisaka, K. ;
Arneodo, F. ;
Balan, C. ;
Baudis, L. ;
Bauermeister, B. ;
Behrens, A. ;
Beltrame, P. ;
Bokeloh, K. ;
Brown, E. ;
Bruno, G. ;
Budnik, R. ;
Cardoso, J. M. R. ;
Chen, W. -T. ;
Choi, B. ;
Cline, D. ;
Colijn, A. P. ;
Contreras, H. ;
Cussonneau, J. P. ;
Decowski, M. P. ;
Duchovni, E. ;
Fattori, S. ;
Ferella, A. D. ;
Fulgione, W. ;
Gao, F. ;
Garbini, M. ;
Ghag, C. ;
Giboni, K. -L. ;
Goetzke, L. W. ;
Grignon, C. ;
Gross, E. ;
Hampel, W. ;
Kaether, F. ;
Kish, A. ;
Lamblin, J. ;
Landsman, H. ;
Lang, R. F. ;
Le Calloch, M. ;
Levy, C. ;
Lim, K. E. ;
Lin, Q. ;
Lindemann, S. ;
Lindner, M. ;
Lopes, J. A. M. ;
Lung, K. ;
Undagoitia, T. Marrodan ;
Massoli, F. V. ;
Fernandez, A. J. Melgarejo ;
Meng, Y. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2012, 109 (18)