Search for annual and diurnal rate modulations in the LUX experiment

被引:36
作者
Akerib, D. S. [1 ,2 ,3 ]
Alsum, S. [4 ]
Araujo, H. M. [5 ]
Bai, X. [6 ]
Balajthy, J. [7 ]
Beltrame, P. [8 ]
Bernard, E. P. [9 ]
Bernstein, A. [10 ]
Biesiadzinski, T. P. [1 ,2 ,3 ]
Boulton, E. M. [9 ,11 ,12 ]
Boxer, B. [13 ]
Bras, P. [14 ]
Burdin, S. [13 ]
Byram, D. [15 ,16 ]
Carmona-Benitez, M. C. [17 ]
Chan, C. [18 ]
Cutter, J. E. [7 ]
Davison, T. J. R. [8 ]
Druszkiewicz, E. [19 ]
Fallon, S. R. [20 ]
Fan, A. [2 ,3 ]
Fiorucci, S. [11 ,18 ]
Gaitskell, R. J. [18 ]
Genovesi, J. [20 ]
Ghag, C. [21 ]
Gilchriese, M. G. D. [11 ]
Gwilliam, C. [13 ]
Hall, C. R. [22 ]
Haselschwardt, S. J. [23 ]
Hertel, S. A. [11 ,24 ,25 ]
Hogan, D. P. [9 ]
Horn, M. [9 ,16 ]
Huang, D. Q. [18 ]
Ignarra, C. M. [2 ,3 ]
Jacobsen, R. G. [9 ]
Ji, W. [1 ,2 ,3 ]
Kamdin, K. [9 ,11 ]
Kazkaz, K. [10 ]
Khaitan, D. [19 ]
Knoche, R. [22 ]
Korolkova, E. V. [26 ]
Kravitz, S. [11 ]
Kudryavtsev, V. A. [26 ]
Lenardo, B. G. [7 ,10 ]
Lesko, K. T. [11 ]
Liao, J. [18 ]
Lin, J. [9 ,11 ]
Lindote, A. [14 ]
Lopes, M. I. [14 ]
Manalaysay, A. [7 ]
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 Calif Davis, Dept Phys, One Shields Ave, Davis, CA 95616 USA
[8] Univ Edinburgh, Sch Phys & Astron, SUPA, Edinburgh EH9 3FD, Midlothian, Scotland
[9] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA
[10] Lawrence Livermore Natl Lab, 7000 East Ave, Livermore, CA 94551 USA
[11] Lawrence Berkeley Natl Lab, 1 Cyclotron Rd, Berkeley, CA 94720 USA
[12] Yale Univ, Dept Phys, 217 Prospect St, New Haven, CT 06511 USA
[13] Univ Liverpool, Dept Phys, Liverpool L69 7ZE, Merseyside, England
[14] Univ Coimbra, Dept Phys, LIP Coimbra, Rua Larga, P-3004516 Coimbra, Portugal
[15] Univ South Dakota, Dept Phys, 414E Clark St, Vermillion, SD 57069 USA
[16] Sanford Underground Res Facil, South Dakota Sci & Technol Author, Lead, SD 57754 USA
[17] Penn State Univ, Dept Phys, 104 Davey Lab, University Pk, PA 16802 USA
[18] Brown Univ, Dept Phys, 182 Hope St, Providence, RI 02912 USA
[19] Univ Rochester, Dept Phys & Astron, Rochester, NY 14627 USA
[20] SUNY Albany, Dept Phys, 1400 Washington Ave, Albany, NY 12222 USA
[21] UCL, Dept Phys & Astron, Gower St, London WC1E 6BT, England
[22] Univ Maryland, Dept Phys, College Pk, MD 20742 USA
[23] Univ Calif Santa Barbara, Dept Phys, Santa Barbara, CA 93106 USA
[24] Univ Massachusetts, Amherst Ctr Fundamental Interact, Amherst, MA 01003 USA
[25] Univ Massachusetts, Dept Phys, Amherst, MA 01003 USA
[26] Univ Sheffield, Dept Phys & Astron, Sheffield S3 7RH, S Yorkshire, England
[27] Texas A&M Univ, Dept Phys, College Stn, TX 77843 USA
[28] Calif State Univ Stanislaus, Dept Phys, 1 Univ Circle, Turlock, CA 95382 USA
基金
美国国家科学基金会;
关键词
D O I
10.1103/PhysRevD.98.062005
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Various dark matter models predict annual and diurnal modulations of dark matter interaction rates in Earth-based experiments as a result of the Earth's motion in the halo. Observation of such features can provide generic evidence for detection of dark matter interactions. This paper reports a search for both annual and diurnal rate modulations in the LUX dark matter experiment using over 20 calendar months of data acquired between 2013 and 2016. This search focuses on electron recoil events at low energies, where leptophilic dark matter interactions are expected to occur and where the DAMA experiment has observed a strong rate modulation for over two decades. By using the innermost volume of the LUX detector and developing robust cuts and corrections, we obtained a stable event rate of 2.3 +/- 0.2 cpd/keV(ee)/tonne, which is among the lowest in all dark matter experiments. No statistically significant annual modulation was observed in energy windows up to 26 keV(ee). Between 2 and 6 keV(ee), this analysis demonstrates the most sensitive annual modulation search up to date, with 9.2 sigma tension with the DAMA/LIBRA result. We also report no observation of diurnal modulations above 0.2 cpd/keV(ee)/tonne amplitude between 2 and 6 keV(ee).
引用
收藏
页数:12
相关论文
共 41 条
[1]   Search for an Annual Modulation in a p-Type Point Contact Germanium Dark Matter Detector [J].
Aalseth, C. E. ;
Barbeau, P. S. ;
Colaresi, J. ;
Collar, J. I. ;
Leon, J. Diaz ;
Fast, J. E. ;
Fields, N. ;
Hossbach, T. W. ;
Keillor, M. E. ;
Kephart, J. D. ;
Knecht, A. ;
Marino, M. G. ;
Miley, H. S. ;
Miller, M. L. ;
Orrell, J. L. ;
Radford, D. C. ;
Wilkerson, J. F. ;
Yocum, K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (14)
[2]   Direct dark matter search by annual modulation with 2.7 years of XMASS-I data [J].
Abe, K. ;
Hiraide, K. ;
Ichimura, K. ;
Kishimoto, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Kobayashi, M. ;
Moriyama, S. ;
Nakahata, M. ;
Norita, T. ;
Ogawa, H. ;
Sato, K. ;
Sekiya, H. ;
Takachio, O. ;
Takeda, A. ;
Tasaka, S. ;
Yamashita, M. ;
Yang, B. S. ;
Kim, N. Y. ;
Kim, Y. D. ;
Itow, Y. ;
Kanzawa, K. ;
Kegasa, R. ;
Masuda, K. ;
Takiya, H. ;
Fushimi, K. ;
Kanzaki, G. ;
Martens, K. ;
Suzuki, Y. ;
Xu, B. D. ;
Fujita, R. ;
Hosokawa, K. ;
Miuchi, K. ;
Oka, N. ;
Takeuchi, Y. ;
Kim, Y. H. ;
Lee, K. B. ;
Lee, M. K. ;
Fukuda, Y. ;
Miyasaka, M. ;
Nishijima, K. ;
Nakamura, S. .
PHYSICAL REVIEW D, 2018, 97 (10)
[3]   Results from the Super Cryogenic Dark Matter Search Experiment at Soudan [J].
Agnese, R. ;
Aramaki, T. ;
Arnquist, I. J. ;
Baker, W. ;
Balakishiyeva, D. ;
Banik, S. ;
Barker, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Binder, T. ;
Bowles, M. A. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Calkins, R. ;
Cartaro, C. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chang, Y. ;
Chen, Y. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Doughty, T. ;
Fascione, E. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fritts, M. ;
Gerbier, G. ;
Germond, R. ;
Ghaith, M. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, H. R. ;
Hong, Z. ;
Hoppe, E. W. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Iyer, V. ;
Jardin, D. ;
Jastram, A. ;
Jena, C. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kubik, A. ;
Kurinsky, N. A. ;
Loer, B. ;
Asamar, E. Lopez .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (06)
[4]   Low-mass dark matter search with CDMSlite [J].
Agnese, R. ;
Anderson, A. J. ;
Aralis, T. ;
Aramaki, T. ;
Arnquist, I. J. ;
Baker, W. ;
Balakishiyeva, D. ;
Barker, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Binder, T. ;
Bowles, M. A. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Calkins, R. ;
Cartaro, C. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chang, Y. ;
Chagani, H. ;
Chen, Y. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fascione, E. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fritts, M. ;
Gerbier, G. ;
Ghaith, M. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, H. R. ;
Hong, Z. ;
Hoppe, E. W. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Iyer, V. ;
Jardin, D. ;
Jastram, A. ;
Jena, C. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kubik, A. ;
Kurinsky, N. A. .
PHYSICAL REVIEW D, 2018, 97 (02)
[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. ;
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]   Calibration, event reconstruction, data analysis, and limit calculation for the LUX dark matter experiment [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. ;
Bras, P. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
Dobi, A. ;
Dobson, J. E. Y. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. N. ;
Faham, C. H. ;
Fallon, S. R. ;
Fan, A. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gehman, V. M. ;
Genovesi, J. ;
Ghag, C. ;
Gilchriese, G. D. ;
Hall, C. R. ;
Hanhardt, M. ;
Haselschwardt, S. J. ;
Hertel, S. A. ;
Hogan, D. P. ;
Horn, M. ;
Huang, D. Q. ;
Ignarra, C. M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Ji, W. ;
Kamdin, K. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. ;
Lenardo, B. G. ;
Lesko, K. T. .
PHYSICAL REVIEW D, 2018, 97 (10)
[7]   Position reconstruction in LUX [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. ;
Bras, P. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
Dobi, A. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. N. ;
Fallon, S. R. ;
Fan, A. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Genovesi, J. ;
Ghag, C. ;
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. ;
Jacobsen, R. G. ;
Ji, W. ;
Kamdin, K. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lenardo, B. G. ;
Lesko, K. T. ;
Lindote, A. ;
Lopes, M. I. ;
Manalaysay, A. ;
Mannino, R. L. .
JOURNAL OF INSTRUMENTATION, 2018, 13
[8]   83mKr calibration of the 2013 LUX dark matter search [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. ;
Bras, P. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
Dobi, A. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. N. ;
Fallon, S. R. ;
Fan, A. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Genovesi, J. ;
Ghag, C. ;
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. ;
Jacobsen, R. G. ;
Ji, W. ;
Kamdin, K. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lenardo, B. G. ;
Lesko, K. T. ;
Lindote, A. ;
Lopes, M. I. ;
Manalaysay, A. ;
Mannino, R. L. .
PHYSICAL REVIEW D, 2017, 96 (11)
[9]   Ultralow energy calibration of LUX detector using 127Xe electron capture [J].
Akerib, D. S. ;
Alsum, S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balaithy, J. ;
Beltrame, P. ;
Bernard, E. P. ;
Bernstein, A. ;
Biesiadzinski, T. P. ;
Boulton, E. M. ;
Bras, P. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
Dobi, A. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. N. ;
Fallon, S. R. ;
Fan, A. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Genovesi, J. ;
Ghang, C. ;
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. ;
Jacobsen, R. G. ;
Ji, W. ;
Kamdin, K. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lenardo, B. G. ;
Lesko, K. T. ;
Lindote, A. ;
Lopes, M. I. ;
Manalaysay, A. ;
Mannino, R. L. .
PHYSICAL REVIEW D, 2017, 96 (11)
[10]   3D modeling of electric fields in the LUX detector [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. ;
Bras, P. ;
Byram, D. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
Dobi, A. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. N. ;
Fallon, S. R. ;
Fan, A. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Genovesi, J. ;
Ghag, C. ;
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. ;
Jacobsen, R. G. ;
Ji, W. ;
Kamdin, K. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lenardo, B. G. ;
Lesko, K. T. ;
Lindote, A. ;
Lopes, M. I. ;
Manalaysay, A. ;
Mannino, R. L. .
JOURNAL OF INSTRUMENTATION, 2017, 12