Limits on Spin-Dependent WIMP-Nucleon Cross Section Obtained from the Complete LUX Exposure

被引：105

作者：

Akerib, D. S. ^{[1
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Alsum, S. ^{[4
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Araujo, H. M. ^{[5
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Bai, X. ^{[6
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Bailey, A. J. ^{[5
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Bernard, E. P. ^{[10
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Bernstein, A. ^{[9
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Biesiadzinski, T. P. ^{[1
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Boulton, E. M. ^{[9
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Bras, P. ^{[13
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Byram, D. ^{[14
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Cahn, S. B. ^{[10
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Carmona-Benitez, M. C. ^{[16
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Chan, C. ^{[18
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Chiller, A. A.

Chiller, C. ^{[14
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Currie, A. ^{[5
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Cutter, J. E. ^{[19
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Dobson, J. E. Y. ^{[20
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Druszkiewicz, E. ^{[21
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Edwards, B. N. ^{[10
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Faham, C. H. ^{[12
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Fallon, S. R. ^{[22
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Fiorucci, S. ^{[12
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Gehman, V. M. ^{[12
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Ghag, C. ^{[20
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Hall, C. R. ^{[7
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Hertel, S. A. ^{[10
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Hogan, D. P. ^{[9
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Horn, M. ^{[9
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Jacobsen, R. G. ^{[9
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Ji, W. ^{[1
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Kazkaz, K. ^{[11
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Khaitan, D. ^{[21
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Knoche, R. ^{[7
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Larsen, N. A. ^{[10
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Lee, C. ^{[1
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Lenardo, B. G. ^{[11
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Lesko, K. T. ^{[12
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机构：

[1] Case Western Reserve Univ, Dept Phys, 10900 Euclid Ave, Cleveland, OH 44106 USA

[2] SLAC Natl Accelerator Lab, 2575 Sand Hill Rd, Menlo Pk, CA 94205 USA

[3] Stanford Univ, Kavli Inst Particle Astrophys & Cosmol, 452 Lomita Mall, Stanford, CA 94309 USA

[4] Univ Wisconsin, Dept Phys, 1150 Univ Ave, Madison, WI 53706 USA

[5] Imperial Coll London, Blackett Lab, High Energy Phys, London SW7 2BZ, England

[6] South Dakota Sch Mines & Technol, 501 East St Joseph St, Rapid City, SD 57701 USA

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

[8] Univ Edinburgh, SUPA, Sch Phys & Astron, Edinburgh EH9 3FD, Midlothian, Scotland

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

[10] Yale Univ, Dept Phys, 217 Prospect St, New Haven, CT 06511 USA

[11] Lawrence Livermore Natl Lab, 7000 East Ave, Livermore, CA 94551 USA

[12] Lawrence Berkeley Natl Lab, 1 Cyclotron Rd, Berkeley, CA 94720 USA

[13] Univ Coimbra, LIP Coimbra, Dept Phys, Rua Larga, P-3004516 Coimbra, Portugal

[14] Univ South Dakota, Dept Phys, 414E Clark St, Vermillion, SD 57069 USA

[15] South Dakota Sci & Technol Author, Sanford Underground Res Facil, Lead, SD 57754 USA

[16] Penn State Univ, Dept Phys, 104 Davey Lab, University Pk, PA 16802 USA

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

[18] Brown Univ, Dept Phys, 182 Hope St, Providence, RI 02912 USA

[19] Univ Calif Davis, Dept Phys, One Shields Ave, Davis, CA 95616 USA

[20] Univ London Univ Coll, Dept Phys & Astron, Gower St, London WC1E 6BT, England

[21] Univ Rochester, Dept Phys & Astron, Rochester, NY 14627 USA

[22] SUNY Albany, Dept Phys, 1400 Washington Ave, Albany, NY 12222 USA

[23] Univ Massachusetts, Dept Phys, Amherst, MA 01003 USA

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

[25] Calif State Univ Stanislaus, Dept Phys, 1 Univ Circle, Turlock, CA 95382 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2017年 / 118卷 / 25期

基金：

美国国家科学基金会; 英国科学技术设施理事会;

关键词：

DARK-MATTER;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.118.251302

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

We present experimental constraints on the spin-dependentWIMP- nucleon elastic cross sections from the total 129.5 kg yr exposure acquired by the Large Underground Xenon experiment (LUX), operating at the Sanford Underground Research Facility in Lead, South Dakota (USA). A profile likelihood ratio analysis allows 90% C.L. upper limits to be set on the WIMP-neutron (WIMP-proton) cross section of sigma(n) = 1.6 x 10(-41) cm(2) (sigma(p) 5 x 10(-40) cm(2)) at 35 GeVc(-2), almost a sixfold improvement over the previous LUX spin-dependent results. The spin-dependent WIMP-neutron limit is the most sensitive constraint to date.

引用

页数：7

共 48 条

[1]

Aaboud M., ARXIV170403848

[2] Search for annihilating dark matter in the Sun with 3 years of IceCube data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

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Ahrens, M. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Archinger, M. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bai, X. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Burgman, A. ;

Carver, T. ;

Casier, M. ;

Cheung, E. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Clark, K. ;

Classen, L. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (03)

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

Agostinelli, S ;

Allison, J ;

Amako, K ;

Apostolakis, J ;

Araujo, H ;

Arce, P ;

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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

[4] Results on the Spin-Dependent Scattering of Weakly Interacting Massive Particles on Nucleons from the Run 3 Data of the LUX Experiment [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

Biesiadzinski, T. P. ;

Boulton, E. M. ;

Bradley, A. ;

Bramante, R. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. N. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

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Huang, D. Q. ;

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Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

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Larsen, N. A. ;

Lee, C. ;

Lenardo, B. G. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)

[5] Improved Limits on Scattering of Weakly Interacting Massive Particles from Reanalysis of 2013 LUX Data [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

Biesiadzinski, T. P. ;

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Bradley, A. ;

Bramante, R. ;

Cahn, S. B. ;

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Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. N. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)

[6] Results from a Search for Dark Matter in the Complete LUX Exposure [J].

Akerib, D. S. ;

Alsum, S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

Biesiadzinski, T. P. ;

Boulton, E. M. ;

Bramante, R. ;

Bras, P. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

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Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

Kamdin, K. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (02)

[7] Radiogenic and muon-induced backgrounds in the LUX dark matter detector [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Bernard, E. ;

Bernstein, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

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Coffey, T. ;

Currie, A. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

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Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. ;

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Fiorucci, S. ;

Flores, C. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghagi, C. ;

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Gilchriese, M. G. D. ;

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Hertel, S. A. ;

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Huang, D. Q. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

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Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. ;

Lindote, A. ;

Lopes, M. I. ;

Malling, D. C. ;

Mannino, R. ;

McKinsey, D. N. ;

Mei, D. -M. ;

Mock, J. ;

Moongweluwan, M. ;

Morad, J. ;

Murphy, A. Std. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 62 :33-46

[8] LUXSim: A component-centric approach to low-background simulations [J].

Akerib, D. S. ;

Bai, X. ;

Bedikian, S. ;

Bernard, E. ;

Bernstein, A. ;

Bradley, A. ;

Cahn, S. B. ;

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Carr, D. ;

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Clark, K. ;

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Coffey, T. ;

Dazeley, S. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dragowsky, M. ;

Druszkiewicz, E. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gibson, K. R. ;

Hall, C. ;

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Holbrook, B. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Lander, R. ;

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Lesko, K. ;

Lyashenko, A. ;

Mailing, D. C. ;

Mannino, R. ;

McKinsey, D. N. ;

Mei, D. -M. ;

Mock, J. ;

Morii, M. ;

Nelson, H. ;

Nikkel, J. A. ;

Pangilinan, M. ;

Parker, P. D. ;

Phelps, P. ;

Shutt, T. ;

Skulskig, W. ;

Sorensen, P. ;

Spans, J. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2012, 675 :63-77

[9] Improved dark matter search results from PICO-2L Run 2 [J].

Amole, C. ;

Ardid, M. ;

Arnquist, I. J. ;

Asner, D. M. ;

Baxter, D. ;

Behnke, E. ;

Bhattacharjee, P. ;

Borsodi, H. ;

Bou-Cabo, M. ;

Brice, S. J. ;

Broemmelsiek, D. ;

Clark, K. ;

Collar, J. I. ;

Cooper, P. S. ;

Crisler, M. ;

Dahl, C. E. ;

Das, M. ;

Debris, F. ;

Fallows, S. ;

Farine, J. ;

Felis, I. ;

Filgas, R. ;

Fines-Neuschild, M. ;

Girard, F. ;

Giroux, G. ;

Hall, J. ;

Harris, O. ;

Hoppe, E. W. ;

Jackson, C. M. ;

Jin, M. ;

Krauss, C. B. ;

Lafreniere, M. ;

Laurin, M. ;

Lawson, I. ;

Leblanc, A. ;

Levine, I. ;

Lippincott, W. H. ;

Mann, E. ;

Martin, J. P. ;

Maurya, D. ;

Mitra, P. ;

Olson, S. ;

Neilson, R. ;

Noble, A. J. ;

Plante, A. ;

Podviianiuk, R. B. ;

Priya, S. ;

Robinson, A. E. ;

Ruschman, M. ;

Scallon, O. .

PHYSICAL REVIEW D, 2016, 93 (06)

[10]

Amole C., PHYS REV LE IN PRESS

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共 48 条

[1]

Aaboud M., ARXIV170403848

[2] Search for annihilating dark matter in the Sun with 3 years of IceCube data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Archinger, M. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bai, X. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Burgman, A. ;

Carver, T. ;

Casier, M. ;

Cheung, E. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Clark, K. ;

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EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (03)

[3] 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 ;

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Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

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González, I ;

Abril, GG ;

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Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

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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

[4] Results on the Spin-Dependent Scattering of Weakly Interacting Massive Particles on Nucleons from the Run 3 Data of the LUX Experiment [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

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Boulton, E. M. ;

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Bramante, R. ;

Cahn, S. B. ;

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Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

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Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. N. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. ;

Lenardo, B. G. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)

[5] Improved Limits on Scattering of Weakly Interacting Massive Particles from Reanalysis of 2013 LUX Data [J].

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Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

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Boulton, E. M. ;

Bradley, A. ;

Bramante, R. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. N. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. ;

Lenardo, B. G. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)

[6] Results from a Search for Dark Matter in the Complete LUX Exposure [J].

Akerib, D. S. ;

Alsum, S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

Biesiadzinski, T. P. ;

Boulton, E. M. ;

Bramante, R. ;

Bras, P. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. N. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

Kamdin, K. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (02)

[7] Radiogenic and muon-induced backgrounds in the LUX dark matter detector [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

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