Light Dark Matter Search with a High-Resolution Athermal Phonon Detector Operated above Ground

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作者：

Alkhatib, I ^{[1
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Amaral, D. W. P. ^{[2
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Aralis, T. ^{[3
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Aramaki, T. ^{[4
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Arnquist, I. J. ^{[5
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Langroudy, I. Ataee ^{[6
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Azadbakht, E. ^{[6
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Bauer, D. A. ^{[11
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Bezerra, L. V. S. ^{[12
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Bhattacharyya, R. ^{[6
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Binder, T. ^{[14
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Brink, P. L. ^{[4
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Bunker, R. ^{[5
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Cabrera, B. ^{[16
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Cameron, R. A. ^{[4
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Cartaro, C. ^{[4
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Cerdeno, D. G. ^{[2
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Chott, N. ^{[15
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Cooley, J. ^{[17
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Corbett, J. ^{[20
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Cushman, P. ^{[9
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De Brienne, F. ^{[21
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Diamond, M. D. ^{[1
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Fascione, E. ^{[13
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Herbert, N. ^{[6
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Hines, B. A. ^{[24
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Hollister, M., I ^{[11
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Hoppe, E. W. ^{[5
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Hsu, L. ^{[11
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Huber, M. E. ^{[24
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机构：

[1] Univ Toronto, Dept Phys, Toronto, ON M5S 1A7, Canada

[2] Univ Durham, Dept Phys, Durham DH1 3LE, England

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

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

[5] Pacific Northwest Natl Lab, Richland, WA 99352 USA

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

[7] Texas A&M Univ, Mitchell Inst Fundamental Phys & Astron, College Stn, TX 77843 USA

[8] HBNI, Natl Inst Sci Educ & Res, Sch Phys Sci, Jatni 752050, India

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

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

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

[12] Univ British Columbia, Dept Phys & Astron, Vancouver, BC V6T 1Z1, Canada

[13] TRIUMF, Vancouver, BC V6T 2A3, Canada

[14] Univ South Dakota, Dept Phys, Vermillion, SD 57069 USA

[15] South Dakota Sch Mines & Technol, Dept Phys, Rapid City, SD 57701 USA

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

[17] Southern Methodist Univ, Dept Phys, Dallas, TX 75275 USA

[18] Univ Autonoma Madrid, Inst Fis Teor, CSIC, Madrid 28049, Spain

[19] Northwestern Univ, Dept Phys & Astron, Evanston, IL 60208 USA

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

[21] Univ Montreal, Dept Phys, Montreal, PQ H3C 3J7, Canada

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

[23] Texas A&M Univ, Dept Elect & Comp Engn, College Stn, TX 77843 USA

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

[25] Univ Colorado, Dept Elect Engn, Denver, CO 80217 USA

[26] Univ Hamburg, Inst Expt Phys, D-22761 Hamburg, Germany

[27] Lawrence Berkeley Natl Lab, Berkeley, CA 94720 USA

[28] SNOLAB, Creighton Mine 9,1039 Reg Rd 24, Sudbury, ON P3Y 1N2, Canada

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

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2021年 / 127卷 / 06期

基金：

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：

Dark Matter;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.127.061801

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

We present limits on spin-independent dark matter-nucleon interactions using a 10.6 g Si athermal phonon detector with a baseline energy resolution of sigma(E) = 3.86 +/- 0.04(stat)(-0.00)(+0.19)(syst) eV. This exclusion analysis sets the most stringent dark matter-nucleon scattering cross-section limits achieved by a cryogenic detector for dark matter particle masses from 93 to 140 MeV=c(2), with a raw exposure of 9.9 g d acquired at an above-ground facility. This work illustrates the scientific potential of detectors with athermal phonon sensors with eV-scale energy resolution for future dark matter searches.

引用

页数：8

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Clements, D. L. ;

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Coulais, A. ;

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Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

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Cartaro, C. ;

Cerdeno, D. G. ;

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Cornell, B. ;

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Di Stefano, P. C. F. ;

Doughty, T. ;

Fascione, E. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Fink, C. ;

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Gerbier, G. ;

Germond, R. ;

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Jardin, D. ;

Jena, C. ;

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Letessier-Selvon, A. ;

Matalon, A. ;

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Molina, J. ;

Paul, S. ;

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Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

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Khaitan, D. ;

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Mancuso, M. ;

Mondragon, E. ;

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Oberauer, L. ;

Pagliarone, C. ;

Petricca, F. ;

Potzel, W. ;

Proebst, F. ;

Puig, R. ;

Reindl, F. ;

Rothe, J. ;

Schaffner, K. ;

Schieck, J. ;

Schoenert, S. ;

Seidel, W. ;

Stahlberg, M. ;

Stodolsky, L. ;

Strandhagen, C. ;

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