Search for Dark Matter Particle Interactions with Electron Final States with DarkSide-50

Agnes, P.; Albuquerque, I. F. M.; Alexander, T.; Alton, A. K.; Ave, M.; Back, H. O.; Batignani, G.; Biery, K.; Bocci, V.; Bonivento, W. M.; Bottino, B.; Bussino, S.; Cadeddu, M.; Cadoni, M.; Calaprice, F.; Caminata, A.; Campos, M. D.; Canci, N.; Caravati, M.; Cargioli, N.; Cariello, M.; Carlini, M.; Cataudella, V.; Cavalcante, P.; Cavuoti, S.; Chashin, S.; Chepurnov, A.; Cicalo, C.; Covone, G.; D'Angelo, D.; Davini, S.; De Candia, A.; De Cecco, S.; De Filippis, G.; De Rosa, G.; Derbin, A. V.; Devoto, A.; D'Incecco, M.; Dionisi, C.; Dordei, F.; Downing, M.; D'Urso, D.; Fiorillo, G.; Franco, D.; Gabriele, F.; Galbiati, C.; Ghiano, C.; Giganti, C.; Giovanetti, G. K.; Goretti, A. M.; Grilli Di Cortona, G.; Grobov, A.; Gromov, M.; Guan, M.; Gulino, M.; Hackett, B. R.; Herner, K.; Hessel, T.; Hosseini, B.; Hubaut, F.; Hungerford, E. V.; Ianni, A.; Ippolito, V.; Keeter, K.; Kendziora, C. L.; Kimura, M.; Kochanek, I.; Korablev, D.; Korga, G.; Kubankin, A.; Kuss, M.; La Commara, M.; Lai, M.; Li, X.; Lissia, M.; Longo, G.; Lychagina, O.; Machulin, I. N.; Mapelli, L. P.; Mari, S. M.; Maricic, J.; Messina, A.; Milincic, R.; Monroe, J.; Morrocchi, M.; Mougeot, X.; Muratova, V. N.; Musico, P.; Nozdrina, A. O.; Oleinik, A.; Ortica, F.; Pagani, L.; Pallavicini, M.; Pandola, L.; Pantic, E.; Paoloni, E.; Pelczar, K.; Pelliccia, N.; Piacentini, S.; Pocar, A.; Poehlmann, D. M.; Pordes, S.; Poudel, S. S.; Pralavorio, P.; Price, D. D.; Ragusa, F.; Razeti, M.; Razeto, A.; Renshaw, A. L.; Rescigno, M.; Rode, J.; Romani, A.; Sablone, D.; Samoylov, O.; Sands, W.; Sanfilippo, S.; Sandford, E.; Savarese, C.; Schlitzer, B.; Semenov, D. A.; Shchagin, A.; Sheshukov, A.; Skorokhvatov, M. D.; Smirnov, O.; Sotnikov, A.; Stracka, S.; Suvorov, Y.; Tartaglia, R.; Testera, G.; Tonazzo, A.; Unzhakov, E. V.; Vishneva, A.; Vogelaar, R. B.; Wada, M.; Wang, H.; Wang, Y.; Westerdale, S.; Wojcik, M. M.; Xiao, X.; Yang, C.; Zuzel, G.

doi:10.1103/PhysRevLett.130.101002

We present a search for dark matter particles with sub-GeV/c2 masses whose interactions have final state electrons using the DarkSide-50 experiment's (12 306±184) kg d low-radioactivity liquid argon exposure. By analyzing the ionization signals, we exclude new parameter space for the dark matter-electron cross section σ¯e, the axioelectric coupling constant gAe, and the dark photon kinetic mixing parameter κ. We also set the first dark matter direct-detection constraints on the mixing angle |Ue4|2 for keV/c2 sterile neutrinos.

Search for Dark Matter Particle Interactions with Electron Final States with DarkSide-50 / Agnes, P.; Albuquerque, I. F. M.; Alexander, T.; Alton, A. K.; Ave, M.; Back, H. O.; Batignani, G.; Biery, K.; Bocci, V.; Bonivento, W. M.; Bottino, B.; Bussino, S.; Cadeddu, M.; Cadoni, M.; Calaprice, F.; Caminata, A.; Campos, M. D.; Canci, N.; Caravati, M.; Cargioli, N.; Cariello, M.; Carlini, M.; Cataudella, V.; Cavalcante, P.; Cavuoti, S.; Chashin, S.; Chepurnov, A.; Cicalo, C.; Covone, G.; D'Angelo, D.; Davini, S.; De Candia, A.; De Cecco, S.; De Filippis, G.; De Rosa, G.; Derbin, A. V.; Devoto, A.; D'Incecco, M.; Dionisi, C.; Dordei, F.; Downing, M.; D'Urso, D.; Fiorillo, G.; Franco, D.; Gabriele, F.; Galbiati, C.; Ghiano, C.; Giganti, C.; Giovanetti, G. K.; Goretti, A. M.; Grilli Di Cortona, G.; Grobov, A.; Gromov, M.; Guan, M.; Gulino, M.; Hackett, B. R.; Herner, K.; Hessel, T.; Hosseini, B.; Hubaut, F.; Hungerford, E. V.; Ianni, A.; Ippolito, V.; Keeter, K.; Kendziora, C. L.; Kimura, M.; Kochanek, I.; Korablev, D.; Korga, G.; Kubankin, A.; Kuss, M.; La Commara, M.; Lai, M.; Li, X.; Lissia, M.; Longo, G.; Lychagina, O.; Machulin, I. N.; Mapelli, L. P.; Mari, S. M.; Maricic, J.; Messina, A.; Milincic, R.; Monroe, J.; Morrocchi, M.; Mougeot, X.; Muratova, V. N.; Musico, P.; Nozdrina, A. O.; Oleinik, A.; Ortica, F.; Pagani, L.; Pallavicini, M.; Pandola, L.; Pantic, E.; Paoloni, E.; Pelczar, K.; Pelliccia, N.; Piacentini, S.; Pocar, A.; Poehlmann, D. M.; Pordes, S.; Poudel, S. S.; Pralavorio, P.; Price, D. D.; Ragusa, F.; Razeti, M.; Razeto, A.; Renshaw, A. L.; Rescigno, M.; Rode, J.; Romani, A.; Sablone, D.; Samoylov, O.; Sands, W.; Sanfilippo, S.; Sandford, E.; Savarese, C.; Schlitzer, B.; Semenov, D. A.; Shchagin, A.; Sheshukov, A.; Skorokhvatov, M. D.; Smirnov, O.; Sotnikov, A.; Stracka, S.; Suvorov, Y.; Tartaglia, R.; Testera, G.; Tonazzo, A.; Unzhakov, E. V.; Vishneva, A.; Vogelaar, R. B.; Wada, M.; Wang, H.; Wang, Y.; Westerdale, S.; Wojcik, M. M.; Xiao, X.; Yang, C.; Zuzel, G.. - In: PHYSICAL REVIEW LETTERS. - ISSN 0031-9007. - 130:10(2023), p. 101002. [10.1103/PhysRevLett.130.101002]