Constraints on dark photons and axionlike particles from the SuperCDMS Soudan experiment

被引:53
作者
Aralis, T. [1 ]
Aramaki, T. [2 ]
Arnquist, I. J. [3 ]
Azadbakht, E. [4 ,5 ]
Baker, W. [4 ,5 ]
Banik, S. [6 ]
Barker, D. [7 ]
Bathurst, C. [8 ]
Bauer, D. A. [9 ]
Bezerra, L. V. S. [10 ,11 ]
Bhattacharyya, R. [4 ,5 ]
Binder, T. [12 ]
Bowles, M. A. [13 ]
Brink, P. L. [2 ]
Bunker, R. [3 ]
Cabrera, B. [14 ]
Calkins, R. [15 ]
Cameron, R. A. [2 ]
Cartaro, C. [2 ]
Cerdeno, D. G. [16 ,17 ]
Chang, Y-Y [1 ]
Cooley, J. [15 ]
Coombes, H. [8 ]
Corbett, J. [18 ]
Cornell, B. [1 ]
Cushman, P. [7 ]
De Brienne, F. [19 ]
di Vacri, M. L. [3 ]
Diamond, M. D. [20 ]
Fascione, E. [11 ,18 ]
Figueroa-Feliciano, E. [21 ]
Fink, C. W. [22 ]
Fouts, K. [2 ]
Fritts, M. [7 ]
Gerbier, G. [18 ]
Germond, R. [11 ,18 ]
Ghaith, M. [18 ]
Golwala, S. R. [1 ]
Harris, H. R. [4 ,5 ,23 ]
Herbert, N. [4 ,5 ]
Hines, B. A. [24 ]
Hollister, M., I [9 ]
Hong, Z. [21 ]
Hoppe, E. W. [3 ]
Hsu, L. [9 ]
Huber, M. E. [24 ,25 ]
Iyer, V [6 ]
Jardin, D. [15 ]
Jastram, A. [4 ,5 ]
Kelsey, M. H. [2 ]
机构
[1] CALTECH, Div Phys Math & Astron, Pasadena, CA 91125 USA
[2] Kavli Inst Particle Astrophys & Cosmol, SLAC Natl Accelerator Lab, Menlo Pk, CA 94025 USA
[3] Pacific Northwest Natl Lab, Richland, WA 99352 USA
[4] Texas A&M Univ, Dept Phys & Astron, College Stn, TX 77843 USA
[5] Texas A&M Univ, Mitchell Inst Fundamental Phys & Astron, College Stn, TX 77843 USA
[6] HBNI, Natl Inst Sci Educ & Res, Sch Phys Sci, Jatni 752050, India
[7] Univ Minnesota, Sch Phys & Astron, Minneapolis, MN 55455 USA
[8] Univ Florida, Dept Phys, Gainesville, FL 32611 USA
[9] Fermilab Natl Accelerator Lab, Batavia, IL 60510 USA
[10] Univ British Columbia, Dept Phys & Astron, Vancouver, BC V6T 1Z1, Canada
[11] TRIUMF, Vancouver, BC V6T 2A3, Canada
[12] Univ South Dakota, Dept Phys, Vermillion, SD 57069 USA
[13] South Dakota Sch Mines & Technol, Dept Phys, Rapid City, SD 57701 USA
[14] Stanford Univ, Dept Phys, Stanford, CA 94305 USA
[15] Southern Methodist Univ, Dept Phys, Dallas, TX 75275 USA
[16] Univ Durham, Dept Phys, Durham DH1 3LE, England
[17] Univ Autonoma Madrid, CSIC, Inst Fis Teor, E-28049 Madrid, Spain
[18] Queens Univ, Dept Phys, Kingston, ON K7L 3N6, Canada
[19] Univ Montreal, Dept Phys, Montreal, PQ H3C 3J7, Canada
[20] Univ Toronto, Dept Phys, Toronto, ON M5S 1A7, Canada
[21] Northwestern Univ, Dept Phys & Astron, Evanston, IL 60208 USA
[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] Lawrence Berkeley Natl Lab, Berkeley, CA 94720 USA
[27] SNOLAB, Creighton Mine 9,1039 Reg Rd 24, Sudbury, ON P3Y 1N2, Canada
[28] Univ Hamburg, Inst Expt Phys, D-22761 Hamburg, Germany
[29] Santa Clara Univ, Dept Phys, Santa Clara, CA 95053 USA
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
GERMANIUM; ENERGY; MATTER;
D O I
10.1103/PhysRevD.101.052008
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We present an analysis of electron recoils in cryogenic germanium detectors operated during the SuperCDMS Soudan experiment. The data are used to set new constraints on the axioelectric coupling of axionlike particles and the kinetic mixing parameter of dark photons, assuming the respective species constitutes all of the galactic dark matter. This study covers the mass range from 40 eV/c(2) to 500 keV/c(2) for both candidates, excluding previously untested parameter space for masses below similar to 1 keV/c(2). For the kinetic mixing of dark photons, values below 10(-15) are reached for particle masses around 100 eV/c(2); for the axioelectric coupling of axionlike particles, values below 10(-12) arc reached for particles with masses in the range of a few-hundred eV/c(2).
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[1]   Experimental Constraints on a Dark Matter Origin for the DAMA Annual Modulation Effect [J].
Aalseth, C. E. ;
Barbeau, P. S. ;
Cerdeno, D. G. ;
Colaresi, J. ;
Collar, J. I. ;
de Lurgio, P. ;
Drake, G. ;
Fast, J. E. ;
Greenberg, C. H. ;
Hossbach, T. W. ;
Kephart, J. D. ;
Marino, M. G. ;
Miley, H. S. ;
Orrell, J. L. ;
Reyna, D. ;
Robertson, R. G. H. ;
Talaga, R. L. ;
Tench, O. ;
Van Wechel, T. D. ;
Wilkerson, J. F. ;
Yocum, K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 101 (25)
[2]   Search for dark matter in the form of hidden photons and axion-like particles in the XMASS detector [J].
Abe, K. ;
Hiraide, K. ;
Ichimura, K. ;
Kishimoto, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Kobayashi, M. ;
Moriyama, S. ;
Nakahata, M. ;
Ogawa, H. ;
Sato, K. ;
Sekiya, H. ;
Suzuki, T. ;
Takachio, O. ;
Takeda, A. ;
Tasaka, S. ;
Yamashita, M. ;
Yang, B. S. ;
Kim, N. Y. ;
Kim, Y. D. ;
Itow, Y. ;
Kanzawa, K. ;
Masuda, K. ;
Martens, K. ;
Suzuki, Y. ;
Xu, B. D. ;
Miuchi, K. ;
Oka, N. ;
Takeuchi, Y. ;
Kim, Y. H. ;
Lee, K. B. ;
Lee, M. K. ;
Fukuda, Y. ;
Miyasaka, M. ;
Nishijima, K. ;
Fushimi, K. ;
Kanzaki, G. ;
Nakamura, S. .
PHYSICS LETTERS B, 2018, 787 :153-158
[3]   New Limits on Bosonic Dark Matter, Solar Axions, Pauli Exclusion Principle Violation, and Electron Decay from the MAJORANA DEMONSTRATOR [J].
Abgrall, N. ;
Arnquist, I. J. ;
Avignone, F. T., III ;
Barabash, A. S. ;
Bertrand, F. E. ;
Bradley, A. W. ;
Brudanin, V. ;
Busch, M. ;
Buuck, M. ;
Caldwell, T. S. ;
Chan, Y. -D. ;
Christofferson, C. D. ;
Chu, P. -H. ;
Cuesta, C. ;
Detwiler, J. A. ;
Dunagan, C. ;
Efremenko, Yu. ;
Ejiri, H. ;
Elliott, S. R. ;
GiIliss, T. ;
Giovanetti, G. K. ;
Goett, J. ;
Green, M. P. ;
Gruszko, J. ;
Guinn, I. S. ;
Guiseppe, V. E. ;
Haute, C. R. S. ;
Henning, R. ;
Hoppe, E. W. ;
Howard, S. ;
Howe, M. A. ;
Jasinski, B. R. ;
Keeter, K. J. ;
Kidd, M. F. ;
Konovalov, S. I. ;
Kouzes, R. T. ;
Lopez, A. M. ;
MacMullin, J. ;
Martin, R. D. ;
Massarczyk, R. ;
Meijer, S. J. ;
Mertens, S. ;
O'Shaughnessy, C. ;
Poon, A. W. P. ;
Radford, D. C. ;
Rager, J. ;
Reine, A. L. ;
Rielage, K. ;
Robertson, R. G. H. ;
Shanks, B. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (16)
[4]   SENSEI: Direct-Detection Constraints on Sub-GeV Dark Matter from a Shallow Underground Run Using a Prototype Skipper CCD [J].
Abramoff, Orr ;
Barak, Liron ;
Bloch, Itay M. ;
Chaplinsky, Luke ;
Crisler, Michael ;
Dawa ;
Drlica-Wagner, Alex ;
Essig, Rouven ;
Estrada, Juan ;
Etzion, Erez ;
Fernandez, Guillermo ;
Gift, Daniel ;
Sofo-Haro, Miguel ;
Taenzer, Joseph ;
Tiffenberg, Javier ;
Volansky, Tomer ;
Yu, Tien-Tien .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 122 (16)
[5]   Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bobin, J. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Bridges, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cappellini, B. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chen, X. ;
Chiang, H. C. ;
Chiang, L. -Y ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571
[6]   Search for low-mass dark matter with CDMSlite using a profile likelihood fit [J].
Agnese, M. R. ;
Aralis, T. ;
Aramaki, T. ;
Arnquist, I. J. ;
Azadbakht, E. ;
Baker, W. ;
Banik, S. ;
Barker, D. ;
Bauer, D. A. ;
Binder, T. ;
Bowles, M. A. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Calkins, R. ;
Cameron, R. A. ;
Cartaro, C. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chang, Y-Y ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Cushman, P. ;
De Brienne, F. ;
Doughty, T. ;
Fascione, E. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fink, C. W. ;
Fritts, M. ;
Gerbier, G. ;
Germond, R. ;
Ghaith, M. ;
Golwala, S. R. ;
Harris, H. R. ;
Herbert, N. ;
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. ;
Lawrence, R. E. ;
Loer, B. ;
Asamar, E. Lopez ;
Lukens, P. .
PHYSICAL REVIEW D, 2019, 99 (06)
[7]   Production rate measurement of Tritium and other cosmogenic isotopes in Germanium with CDMSlite [J].
Agnese, R. ;
Aralis, T. ;
Aramaki, T. ;
Arnquist, I. J. ;
Azadbakht, E. ;
Baker, W. ;
Banik, S. ;
Barker, D. ;
Bauer, D. A. ;
Binder, T. ;
Bowles, M. A. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Calkins, R. ;
Cartaro, C. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chang, Y. -Y. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Cushman, R. ;
Doughty, T. ;
Fascione, E. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fink, C. W. ;
Fritts, M. ;
Gerbier, G. ;
Germond, R. ;
Ghaith, M. ;
Golwala, S. R. ;
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. ;
Lawrence, R. E. ;
Loer, B. ;
Asamar, E. Lopez ;
Lukens, P. ;
MacDonell, D. ;
Mahapatra, R. ;
Mandic, V. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2019, 104 :1-12
[8]   First Dark Matter Constraints from a SuperCDMS Single-Charge Sensitive Detector [J].
Agnese, R. ;
Aralis, T. ;
Aramaki, T. ;
Arnquist, I. J. ;
Azadbakht, E. ;
Baker, W. ;
Banik, S. ;
Barker, D. ;
Bauer, D. A. ;
Binder, T. ;
Bowles, M. A. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Calkins, R. ;
Cartaro, C. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chang, Y. -Y. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Cushman, P. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Doughty, T. ;
Fascione, E. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Fink, C. ;
Fritts, M. ;
Gerbier, G. ;
Germond, R. ;
Ghaith, M. ;
Golwala, S. R. ;
Harris, H. R. ;
Hong, Z. ;
Hoppe, E. W. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Iyer, V. ;
Jardin, D. ;
Jena, C. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kubik, A. ;
Kurinsky, N. A. ;
Lawrence, R. E. ;
Leyva, J. V. ;
Loer, B. ;
Asamar, E. Lopez ;
Lukens, P. ;
MacDonell, D. ;
Mahapatra, R. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (05)
[9]   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)
[10]   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)