Improved Limits on Scattering of Weakly Interacting Massive Particles from Reanalysis of 2013 LUX Data

被引：244

作者：

Akerib, D. S. ^{[1
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Araujo, H. M. ^{[4
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Bai, X. ^{[5
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Bailey, A. J. ^{[4
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Bernard, E. P. ^{[8
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Bernstein, A. ^{[9
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Biesiadzinski, T. P. ^{[1
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Boulton, E. M. ^{[8
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Bradley, A. ^{[1
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Bramante, R. ^{[1
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Cahn, S. B. ^{[8
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Carmona-Benitez, M. C. ^{[10
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Chan, C. ^{[11
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Chapman, J. J. ^{[11
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Chiller, A. A. ^{[12
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Currie, A. ^{[4
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Cutter, J. E. ^{[13
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Davison, T. J. R. ^{[7
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de Viveiros, L. ^{[14
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Dobi, A. ^{[15
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Dobson, J. E. Y. ^{[16
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Druszkiewicz, E. ^{[17
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Edwards, B. N. ^{[8
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Faham, C. H. ^{[15
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Fiorucci, S. ^{[15
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Gaitskell, R. J. ^{[11
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Gehman, V. M. ^{[15
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Ghag, C. ^{[16
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Gilchriese, M. G. D. ^{[15
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Hall, C. R. ^{[6
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Haselschwardt, S. J. ^{[10
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Ihm, M. ^{[15
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Jacobsen, R. G. ^{[15
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Ji, W. ^{[1
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Kazkaz, K. ^{[9
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Khaitan, D. ^{[17
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Knoche, R. ^{[6
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Larsen, N. A. ^{[8
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Lee, C. ^{[1
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Lenardo, B. G. ^{[9
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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 London Imperial Coll Sci Technol & Med, Blackett Lab, High Energy Phys, Prince Consort Rd, London SW7 2BZ, England

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

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

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

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

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

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

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

[12] Univ S Dakota, Dept Phys, 414E Clark St, Vermillion, SD 57069 USA

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

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

[15] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Natl Lab, 1 Cyclotron Rd, Berkeley, CA 94720 USA

[16] UCL, Dept Phys & Astron, Gower St, London WC1E 6BT, England

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

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

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

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

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

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

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2016年 / 116卷 / 16期

基金：

英国科学技术设施理事会; 美国国家科学基金会;

关键词：

DARK-MATTER; LIQUID ARGON; SCINTILLATION; XENON; ENERGY;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.116.161301

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

We present constraints on weakly interacting massive particles (WIMP)-nucleus scattering from the 2013 data of the Large Underground Xenon dark matter experiment, including 1.4 x 10(4) kg day of search exposure. This new analysis incorporates several advances: single-photon calibration at the scintillation wavelength, improved event-reconstruction algorithms, a revised background model including events originating on the detector walls in an enlarged fiducial volume, and new calibrations from decays of an injected tritium beta source and from kinematically constrained nuclear recoils down to 1.1 keV. Sensitivity, especially to low-mass WIMPs, is enhanced compared to our previous results which modeled the signal only above a 3 keV minimum energy. Under standard dark matter halo assumptions and in the mass range above 4 GeV c(-2), these new results give the most stringent direct limits on the spin- independent WIMP- nucleon cross section. The 90% C. L. upper limit has a minimum of 0.6 zb at 33 GeV c(-2) WIMP mass.

引用

页数：7

共 46 条

[1]

Ade, ARXIV150201589V2 PLA

[2]

Agnes P., ARXIV151000702 DARKS

[3] New Results from the Search for Low-Mass Weakly Interacting Massive Particles with the CDMS Low Ionization Threshold Experiment [J].

Agnese, R. ;

Anderson, A. J. ;

Aramaki, T. ;

Asai, M. ;

Baker, W. ;

Balakishiyeva, D. ;

Barker, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Billard, J. ;

Borgland, A. ;

Bowles, M. A. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Calkins, R. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Chen, Y. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Ghaith, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, H. R. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jardin, D. ;

Jastram, A. ;

Kamaev, O. ;

Kara, B. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Leder, A. ;

Loer, B. ;

Lopez Asamar, E. ;

Lukens, P. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (07)

[4] 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. ;

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Esteban, L. ;

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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)

[5] 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 ;

Fesefeldt, H ;

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Foppiano, F ;

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Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

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González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Hamatsu, R ;

Hashimoto, K ;

Hasui, H ;

Heikkinen, A ;

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NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2003, 506 (03) :250-303

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Bramante, R. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

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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. ;

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Khaitan, D. ;

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

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

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Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

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Bernstein, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

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Chapman, J. J. ;

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Chiller, C. ;

Coffey, T. ;

Currie, A. ;

de Viveiros, L. ;

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Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. ;

Faham, C. H. ;

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Flores, C. ;

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Lindote, A. ;

Lopes, M. I. ;

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Mannino, R. ;

McKinsey, D. N. ;

Mei, D. -M. ;

Mock, J. ;

Moongweluwan, M. ;

Morad, J. ;

Murphy, A. Std. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 62 :33-46

[8] First Results from the LUX Dark Matter Experiment at the Sanford Underground Research Facility [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

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Bedikian, S. ;

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Bolozdynya, A. ;

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Clark, K. ;

Coffey, T. ;

Currie, A. ;

Curioni, A. ;

Dazeley, S. ;

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Dragowsky, E. M. ;

Druszkiewicz, E. ;

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Faham, C. H. ;

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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] The Large Underground Xenon (LUX) experiment [J].

Akerib, D. S. ;

Bai, X. ;

Bedikian, S. ;

Bernard, E. ;

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Bolozdynya, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Camp, C. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Carr, D. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. ;

Chiller, C. ;

Clark, K. ;

Classen, T. ;

Coffey, T. ;

Curioni, A. ;

Dahl, E. ;

Dazeley, S. ;

de Viveiros, L. ;

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Druszkiewicz, E. ;

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Ihm, M. ;

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Kastens, L. ;

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Kyre, S. ;

Kwong, J. ;

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Lee, C. ;

Leonard, D. S. ;

Lesko, K. T. ;

Lindote, A. ;

Lopes, M. I. ;

Lyashenko, A. ;

Malling, D. C. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2013, 704 :111-126

[10] 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. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Carr, D. ;

Chapman, J. J. ;

Clark, K. ;

Classen, T. ;

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. ;

Hanhardt, M. ;

Holbrook, B. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Lander, R. ;

Larsen, N. ;

Lee, C. ;

Leonard, D. ;

Lesko, K. ;

Lyashenko, A. ;

Mailing, D. C. ;

Mannino, R. ;

McKinsey, D. N. ;

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Morii, M. ;

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Skulskig, W. ;

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Spans, J. .

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

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共 46 条

[1]

Ade, ARXIV150201589V2 PLA

[2]

Agnes P., ARXIV151000702 DARKS

[3] New Results from the Search for Low-Mass Weakly Interacting Massive Particles with the CDMS Low Ionization Threshold Experiment [J].

Agnese, R. ;

Anderson, A. J. ;

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Balakishiyeva, D. ;

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Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

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Borgland, A. ;

Bowles, M. A. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Calkins, R. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Chen, Y. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Ghaith, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, H. R. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jardin, D. ;

Jastram, A. ;

Kamaev, O. ;

Kara, B. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Leder, A. ;

Loer, B. ;

Lopez Asamar, E. ;

Lukens, P. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (07)

[4] 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. ;

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Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

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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. .

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

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Amako, K ;

Apostolakis, J ;

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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 ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

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Cadenas, JJG ;

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Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

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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

[6] 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. ;

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. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)

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

Akerib, D. S. ;

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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. ;

Chiller, C. ;

Coffey, T. ;

Currie, A. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. ;

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Flores, C. ;

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Huang, D. Q. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kazkaz, K. ;

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] 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. ;

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Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

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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. ;

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Huang, D. Q. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (09)

[9] The Large Underground Xenon (LUX) experiment [J].

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Chiller, A. ;

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Clark, K. ;

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Coffey, T. ;

Curioni, A. ;

Dahl, E. ;

Dazeley, S. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dragowsky, E. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

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Gilchriese, M. ;

Hall, C. ;

Hanhardt, M. ;

Holbrook, B. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Knoche, R. ;

Kyre, S. ;

Kwong, J. ;

Lander, R. ;

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Dazeley, S. ;

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Dobi, A. ;

Dragowsky, M. ;

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Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

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Hall, C. ;

Hanhardt, M. ;

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Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

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Lander, R. ;

Larsen, N. ;

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Lesko, K. ;

Lyashenko, A. ;

Mailing, D. C. ;

Mannino, R. ;

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Mei, D. -M. ;

Mock, J. ;

Morii, M. ;

Nelson, H. ;

Nikkel, J. A. ;

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