Cover Image

DarkSide-20k sensitivity to light dark matter particles

Fuente: arXiv

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	20k Collaboration, Acerbi, F., Adhikari, P., Agnes, P., Ahmad, I., Albergo, S., Albuquerque, I. F. M., Alexander, T., Alton, A. K., Amaudruz, P., Angiolilli, M., Aprile, E., Ardito, R., Corona, M. Atzori, Auty, D. J., Ave, M., Avetisov, I. C., Azzolini, O., Back, H. O., Balmforth, Z., Olmedo, A. Barrado, Barrillon, P., Batignani, G., Bhowmick, P., Blua, S., Bocci, V., Bonivento, W., Bottino, B., Boulay, M. G., Buchowicz, A., Bussino, S., Busto, J., Cadeddu, M., Cadoni, M., Calabrese, R., Camillo, V., Caminata, A., Canci, N., Capra, A., Caravati, M., Cárdenas-Montes, M., Cargioli, N., Carlini, M., Castellani, A., Castello, P., Cavalcante, P., Cebrian, S., Ruiz, J. M. Cela, Chashin, S., Chepurnov, A., Cifarelli, L., Cintas, D., Citterio, M., Cleveland, B., Coadou, Y., Cocco, V., Colaiuda, D., Vilda, E. Conde, Consiglio, L., Costa, B. S., Czubak, M., D'Aniello, M., D'Auria, S., Rolo, M. D. Da Rocha, Darbo, G., Davini, S., De Cecco, S., De Guido, G., Dellacasa, G., Derbin, A. V., Devoto, A., Di Capua, F., Di Ludovico, A., Di Noto, L., Di Stefano, P., Dias, L. K., Mairena, D. Díaz, Ding, X., Dionisi, C., Dolganov, G., Dordei, F., Dronik, V., Elersich, A., Ellingwood, E., Erjavec, T., Diaz, M. Fernandez, Ficorella, A., Fiorillo, G., Franchini, P., Franco, D., Gatti, H. Frandini, Frolov, E., Gabriele, F., Gahan, D., Galbiati, C., Galiński, G., Gallina, G., Gallus, G., Garbini, M., Abia, P. Garcia, Gawdzik, A., Gendotti, A., Ghisi, A., Giovanetti, G. K., Casanueva, V. Goicoechea, Gola, A., Grandi, L., Grauso, G., di Cortona, G. Grilli, Grobov, A., Gromov, M., Guerzoni, M., Gulino, M., Guo, C., Hackett, B. R., Hallin, A., Hamer, A., Haranczyk, M., Harrop, B., Hessel, T., Hill, S., Horikawa, S., Hu, J., Hubaut, F., Hucker, J., Hugues, T., Hungerford, E. V., Ianni, A., Ippolito, V., Jamil, A., Jillings, C., Jois, S., Kachru, P., Keloth, R., Kemmerich, N., Kemp, A., Kendziora, C. L., Kimura, M., Kondo, K., Korga, G., Kotsiopoulou, L., Koulosousas, S., Kubankin, A., Kunzé, P., Kuss, M., Kuźniak, M., Kuzwa, M., La Commara, M., Lai, M., Guirriec, E. Le, Leason, E., Leoni, A., Lidey, L., Lissia, M., Luzzi, L., Lychagina, O., Macfadyen, O., Machulin, I. N., Manecki, S., Manthos, I., Mapelli, L., Marasciulli, A., Mari, S. M., Mariani, C., Maricic, J., Martinez, M., Martoff, C. J., Matteucci, G., Mavrokoridis, K., McDonald, A. B., Mclaughlin, J., Merzi, S., Messina, A., Milincic, R., Minutoli, S., Mitra, A., Moioli, S., Monroe, J., Moretti, E., Morrocchi, M., Mroz, T., Muratova, V. N., Murphy, M., Murra, M., Muscas, C., Musico, P., Nania, R., Nessi, M., Nieradka, G., Nikolopoulos, K., Nikoloudaki, E., Nowak, J., Olchanski, K., Oleinik, A., Oleynikov, V., Organtini, P., de Solórzano, A. Ortiz, Pallavicini, M., Pandola, L., Pantic, E., Paoloni, E., Papi, D., Pastuszak, G., Paternoster, G., Peck, A., Pegoraro, P. A., Pelczar, K., Pellegrini, L. A., Perez, R., Perotti, F., Pesudo, V., Piacentini, S., Pino, N., Plante, G., Pocar, A., Poehlmann, M., Pordes, S., Pralavorio, P., Price, D., Puglia, S., Bazetto, M. Queiroga, Ragusa, F., Ramachers, Y., Ramirez, A., Ravinthiran, S., Razeti, M., Renshaw, A. L., Rescigno, M., Retiere, F., Rignanese, L. P., Rivetti, A., Roberts, A., Roberts, C., Rogers, G., Romero, L., Rossi, M., Rubbia, A., Rudik, D., Sabia, M., Salomone, P., Samoylov, O., Sandford, E., Sanfilippo, S., Santone, D., Santorelli, R., Santos, E. M., Savarese, C., Scapparone, E., Schillaci, G., Schuckman II, F. G., Scioli, G., Semenov, D. A., Shalamova, V., Sheshukov, A., Simeone, M., Skensved, P., Skorokhvatov, M. D., Smirnov, O., Smirnova, T., Smith, B., Sotnikov, A., Spadoni, F., Spangenberg, M., Stefanizzi, R., Steri, A., Stornelli, V., Stracka, S., Sulis, S., Sung, A., Sunny, C., Suvorov, Y., Szelc, A. M., Taborda, O., Tartaglia, R., Taylor, A., Taylor, J., Tedesco, S., Testera, G., Thieme, K., Thompson, A., Tonazzo, A., Torres-Lara, S., Tricomi, A., Unzhakov, E. V., Vallivilayil, T. J., Van Uffelen, M., Velazquez-Fernandez, L., Viant, T., Viel, S., Vishneva, A., Vogelaar, R. B., Vossebeld, J., Vyas, B., Walczak, M. B., Wang, Y., Wang, H., Westerdale, S., Williams, L., Wojaczyński, R., Wojcik, M., Wojcik, M. M., Wright, T., Xie, Y., Yang, C., Yin, J., Zabihi, A., Zakhary, P., Zani, A., Zhang, Y., Zhu, T., Zichichi, A., Zuzel, G., Zykova, M. P.
Format:	Preprint
Published:	2024
Subjects:	High Energy Physics - Experiment Cosmology and Nongalactic Astrophysics
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866913635454943232
author	20k Collaboration Acerbi, F. Adhikari, P. Agnes, P. Ahmad, I. Albergo, S. Albuquerque, I. F. M. Alexander, T. Alton, A. K. Amaudruz, P. Angiolilli, M. Aprile, E. Ardito, R. Corona, M. Atzori Auty, D. J. Ave, M. Avetisov, I. C. Azzolini, O. Back, H. O. Balmforth, Z. Olmedo, A. Barrado Barrillon, P. Batignani, G. Bhowmick, P. Blua, S. Bocci, V. Bonivento, W. Bottino, B. Boulay, M. G. Buchowicz, A. Bussino, S. Busto, J. Cadeddu, M. Cadoni, M. Calabrese, R. Camillo, V. Caminata, A. Canci, N. Capra, A. Caravati, M. Cárdenas-Montes, M. Cargioli, N. Carlini, M. Castellani, A. Castello, P. Cavalcante, P. Cebrian, S. Ruiz, J. M. Cela Chashin, S. Chepurnov, A. Cifarelli, L. Cintas, D. Citterio, M. Cleveland, B. Coadou, Y. Cocco, V. Colaiuda, D. Vilda, E. Conde Consiglio, L. Costa, B. S. Czubak, M. D'Aniello, M. D'Auria, S. Rolo, M. D. Da Rocha Darbo, G. Davini, S. De Cecco, S. De Guido, G. Dellacasa, G. Derbin, A. V. Devoto, A. Di Capua, F. Di Ludovico, A. Di Noto, L. Di Stefano, P. Dias, L. K. Mairena, D. Díaz Ding, X. Dionisi, C. Dolganov, G. Dordei, F. Dronik, V. Elersich, A. Ellingwood, E. Erjavec, T. Diaz, M. Fernandez Ficorella, A. Fiorillo, G. Franchini, P. Franco, D. Gatti, H. Frandini Frolov, E. Gabriele, F. Gahan, D. Galbiati, C. Galiński, G. Gallina, G. Gallus, G. Garbini, M. Abia, P. Garcia Gawdzik, A. Gendotti, A. Ghisi, A. Giovanetti, G. K. Casanueva, V. Goicoechea Gola, A. Grandi, L. Grauso, G. di Cortona, G. Grilli Grobov, A. Gromov, M. Guerzoni, M. Gulino, M. Guo, C. Hackett, B. R. Hallin, A. Hamer, A. Haranczyk, M. Harrop, B. Hessel, T. Hill, S. Horikawa, S. Hu, J. Hubaut, F. Hucker, J. Hugues, T. Hungerford, E. V. Ianni, A. Ippolito, V. Jamil, A. Jillings, C. Jois, S. Kachru, P. Keloth, R. Kemmerich, N. Kemp, A. Kendziora, C. L. Kimura, M. Kondo, K. Korga, G. Kotsiopoulou, L. Koulosousas, S. Kubankin, A. Kunzé, P. Kuss, M. Kuźniak, M. Kuzwa, M. La Commara, M. Lai, M. Guirriec, E. Le Leason, E. Leoni, A. Lidey, L. Lissia, M. Luzzi, L. Lychagina, O. Macfadyen, O. Machulin, I. N. Manecki, S. Manthos, I. Mapelli, L. Marasciulli, A. Mari, S. M. Mariani, C. Maricic, J. Martinez, M. Martoff, C. J. Matteucci, G. Mavrokoridis, K. McDonald, A. B. Mclaughlin, J. Merzi, S. Messina, A. Milincic, R. Minutoli, S. Mitra, A. Moioli, S. Monroe, J. Moretti, E. Morrocchi, M. Mroz, T. Muratova, V. N. Murphy, M. Murra, M. Muscas, C. Musico, P. Nania, R. Nessi, M. Nieradka, G. Nikolopoulos, K. Nikoloudaki, E. Nowak, J. Olchanski, K. Oleinik, A. Oleynikov, V. Organtini, P. de Solórzano, A. Ortiz Pallavicini, M. Pandola, L. Pantic, E. Paoloni, E. Papi, D. Pastuszak, G. Paternoster, G. Peck, A. Pegoraro, P. A. Pelczar, K. Pellegrini, L. A. Perez, R. Perotti, F. Pesudo, V. Piacentini, S. Pino, N. Plante, G. Pocar, A. Poehlmann, M. Pordes, S. Pralavorio, P. Price, D. Puglia, S. Bazetto, M. Queiroga Ragusa, F. Ramachers, Y. Ramirez, A. Ravinthiran, S. Razeti, M. Renshaw, A. L. Rescigno, M. Retiere, F. Rignanese, L. P. Rivetti, A. Roberts, A. Roberts, C. Rogers, G. Romero, L. Rossi, M. Rubbia, A. Rudik, D. Sabia, M. Salomone, P. Samoylov, O. Sandford, E. Sanfilippo, S. Santone, D. Santorelli, R. Santos, E. M. Savarese, C. Scapparone, E. Schillaci, G. Schuckman II, F. G. Scioli, G. Semenov, D. A. Shalamova, V. Sheshukov, A. Simeone, M. Skensved, P. Skorokhvatov, M. D. Smirnov, O. Smirnova, T. Smith, B. Sotnikov, A. Spadoni, F. Spangenberg, M. Stefanizzi, R. Steri, A. Stornelli, V. Stracka, S. Sulis, S. Sung, A. Sunny, C. Suvorov, Y. Szelc, A. M. Taborda, O. Tartaglia, R. Taylor, A. Taylor, J. Tedesco, S. Testera, G. Thieme, K. Thompson, A. Tonazzo, A. Torres-Lara, S. Tricomi, A. Unzhakov, E. V. Vallivilayil, T. J. Van Uffelen, M. Velazquez-Fernandez, L. Viant, T. Viel, S. Vishneva, A. Vogelaar, R. B. Vossebeld, J. Vyas, B. Walczak, M. B. Wang, Y. Wang, H. Westerdale, S. Williams, L. Wojaczyński, R. Wojcik, M. Wojcik, M. M. Wright, T. Xie, Y. Yang, C. Yin, J. Zabihi, A. Zakhary, P. Zani, A. Zhang, Y. Zhu, T. Zichichi, A. Zuzel, G. Zykova, M. P.
author_facet	20k Collaboration Acerbi, F. Adhikari, P. Agnes, P. Ahmad, I. Albergo, S. Albuquerque, I. F. M. Alexander, T. Alton, A. K. Amaudruz, P. Angiolilli, M. Aprile, E. Ardito, R. Corona, M. Atzori Auty, D. J. Ave, M. Avetisov, I. C. Azzolini, O. Back, H. O. Balmforth, Z. Olmedo, A. Barrado Barrillon, P. Batignani, G. Bhowmick, P. Blua, S. Bocci, V. Bonivento, W. Bottino, B. Boulay, M. G. Buchowicz, A. Bussino, S. Busto, J. Cadeddu, M. Cadoni, M. Calabrese, R. Camillo, V. Caminata, A. Canci, N. Capra, A. Caravati, M. Cárdenas-Montes, M. Cargioli, N. Carlini, M. Castellani, A. Castello, P. Cavalcante, P. Cebrian, S. Ruiz, J. M. Cela Chashin, S. Chepurnov, A. Cifarelli, L. Cintas, D. Citterio, M. Cleveland, B. Coadou, Y. Cocco, V. Colaiuda, D. Vilda, E. Conde Consiglio, L. Costa, B. S. Czubak, M. D'Aniello, M. D'Auria, S. Rolo, M. D. Da Rocha Darbo, G. Davini, S. De Cecco, S. De Guido, G. Dellacasa, G. Derbin, A. V. Devoto, A. Di Capua, F. Di Ludovico, A. Di Noto, L. Di Stefano, P. Dias, L. K. Mairena, D. Díaz Ding, X. Dionisi, C. Dolganov, G. Dordei, F. Dronik, V. Elersich, A. Ellingwood, E. Erjavec, T. Diaz, M. Fernandez Ficorella, A. Fiorillo, G. Franchini, P. Franco, D. Gatti, H. Frandini Frolov, E. Gabriele, F. Gahan, D. Galbiati, C. Galiński, G. Gallina, G. Gallus, G. Garbini, M. Abia, P. Garcia Gawdzik, A. Gendotti, A. Ghisi, A. Giovanetti, G. K. Casanueva, V. Goicoechea Gola, A. Grandi, L. Grauso, G. di Cortona, G. Grilli Grobov, A. Gromov, M. Guerzoni, M. Gulino, M. Guo, C. Hackett, B. R. Hallin, A. Hamer, A. Haranczyk, M. Harrop, B. Hessel, T. Hill, S. Horikawa, S. Hu, J. Hubaut, F. Hucker, J. Hugues, T. Hungerford, E. V. Ianni, A. Ippolito, V. Jamil, A. Jillings, C. Jois, S. Kachru, P. Keloth, R. Kemmerich, N. Kemp, A. Kendziora, C. L. Kimura, M. Kondo, K. Korga, G. Kotsiopoulou, L. Koulosousas, S. Kubankin, A. Kunzé, P. Kuss, M. Kuźniak, M. Kuzwa, M. La Commara, M. Lai, M. Guirriec, E. Le Leason, E. Leoni, A. Lidey, L. Lissia, M. Luzzi, L. Lychagina, O. Macfadyen, O. Machulin, I. N. Manecki, S. Manthos, I. Mapelli, L. Marasciulli, A. Mari, S. M. Mariani, C. Maricic, J. Martinez, M. Martoff, C. J. Matteucci, G. Mavrokoridis, K. McDonald, A. B. Mclaughlin, J. Merzi, S. Messina, A. Milincic, R. Minutoli, S. Mitra, A. Moioli, S. Monroe, J. Moretti, E. Morrocchi, M. Mroz, T. Muratova, V. N. Murphy, M. Murra, M. Muscas, C. Musico, P. Nania, R. Nessi, M. Nieradka, G. Nikolopoulos, K. Nikoloudaki, E. Nowak, J. Olchanski, K. Oleinik, A. Oleynikov, V. Organtini, P. de Solórzano, A. Ortiz Pallavicini, M. Pandola, L. Pantic, E. Paoloni, E. Papi, D. Pastuszak, G. Paternoster, G. Peck, A. Pegoraro, P. A. Pelczar, K. Pellegrini, L. A. Perez, R. Perotti, F. Pesudo, V. Piacentini, S. Pino, N. Plante, G. Pocar, A. Poehlmann, M. Pordes, S. Pralavorio, P. Price, D. Puglia, S. Bazetto, M. Queiroga Ragusa, F. Ramachers, Y. Ramirez, A. Ravinthiran, S. Razeti, M. Renshaw, A. L. Rescigno, M. Retiere, F. Rignanese, L. P. Rivetti, A. Roberts, A. Roberts, C. Rogers, G. Romero, L. Rossi, M. Rubbia, A. Rudik, D. Sabia, M. Salomone, P. Samoylov, O. Sandford, E. Sanfilippo, S. Santone, D. Santorelli, R. Santos, E. M. Savarese, C. Scapparone, E. Schillaci, G. Schuckman II, F. G. Scioli, G. Semenov, D. A. Shalamova, V. Sheshukov, A. Simeone, M. Skensved, P. Skorokhvatov, M. D. Smirnov, O. Smirnova, T. Smith, B. Sotnikov, A. Spadoni, F. Spangenberg, M. Stefanizzi, R. Steri, A. Stornelli, V. Stracka, S. Sulis, S. Sung, A. Sunny, C. Suvorov, Y. Szelc, A. M. Taborda, O. Tartaglia, R. Taylor, A. Taylor, J. Tedesco, S. Testera, G. Thieme, K. Thompson, A. Tonazzo, A. Torres-Lara, S. Tricomi, A. Unzhakov, E. V. Vallivilayil, T. J. Van Uffelen, M. Velazquez-Fernandez, L. Viant, T. Viel, S. Vishneva, A. Vogelaar, R. B. Vossebeld, J. Vyas, B. Walczak, M. B. Wang, Y. Wang, H. Westerdale, S. Williams, L. Wojaczyński, R. Wojcik, M. Wojcik, M. M. Wright, T. Xie, Y. Yang, C. Yin, J. Zabihi, A. Zakhary, P. Zani, A. Zhang, Y. Zhu, T. Zichichi, A. Zuzel, G. Zykova, M. P.
contents	The dual-phase liquid argon time projection chamber is presently one of the leading technologies to search for dark matter particles with masses below 10 GeV/c$^2$. This was demonstrated by the DarkSide-50 experiment with approximately 50 kg of low-radioactivity liquid argon as target material. The next generation experiment DarkSide-20k, currently under construction, will use 1,000 times more argon and is expected to start operation in 2027. Based on the DarkSide-50 experience, here we assess the DarkSide-20k sensitivity to models predicting light dark matter particles, including Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) and sub-GeV/c$^2$ particles interacting with electrons in argon atoms. With one year of data, a sensitivity improvement to dark matter interaction cross-sections by at least one order of magnitude with respect to DarkSide-50 is expected for all these models. A sensitivity to WIMP--nucleon interaction cross-sections below $1\times10^{-42}$ cm$^2$ is achievable for WIMP masses above 800 MeV/c$^2$. With 10 years exposure, the neutrino fog can be reached for WIMP masses around 5 GeV/c$^2$.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2407_05813
institution	arXiv
publishDate	2024
record_format	arxiv
spellingShingle	DarkSide-20k sensitivity to light dark matter particles 20k Collaboration Acerbi, F. Adhikari, P. Agnes, P. Ahmad, I. Albergo, S. Albuquerque, I. F. M. Alexander, T. Alton, A. K. Amaudruz, P. Angiolilli, M. Aprile, E. Ardito, R. Corona, M. Atzori Auty, D. J. Ave, M. Avetisov, I. C. Azzolini, O. Back, H. O. Balmforth, Z. Olmedo, A. Barrado Barrillon, P. Batignani, G. Bhowmick, P. Blua, S. Bocci, V. Bonivento, W. Bottino, B. Boulay, M. G. Buchowicz, A. Bussino, S. Busto, J. Cadeddu, M. Cadoni, M. Calabrese, R. Camillo, V. Caminata, A. Canci, N. Capra, A. Caravati, M. Cárdenas-Montes, M. Cargioli, N. Carlini, M. Castellani, A. Castello, P. Cavalcante, P. Cebrian, S. Ruiz, J. M. Cela Chashin, S. Chepurnov, A. Cifarelli, L. Cintas, D. Citterio, M. Cleveland, B. Coadou, Y. Cocco, V. Colaiuda, D. Vilda, E. Conde Consiglio, L. Costa, B. S. Czubak, M. D'Aniello, M. D'Auria, S. Rolo, M. D. Da Rocha Darbo, G. Davini, S. De Cecco, S. De Guido, G. Dellacasa, G. Derbin, A. V. Devoto, A. Di Capua, F. Di Ludovico, A. Di Noto, L. Di Stefano, P. Dias, L. K. Mairena, D. Díaz Ding, X. Dionisi, C. Dolganov, G. Dordei, F. Dronik, V. Elersich, A. Ellingwood, E. Erjavec, T. Diaz, M. Fernandez Ficorella, A. Fiorillo, G. Franchini, P. Franco, D. Gatti, H. Frandini Frolov, E. Gabriele, F. Gahan, D. Galbiati, C. Galiński, G. Gallina, G. Gallus, G. Garbini, M. Abia, P. Garcia Gawdzik, A. Gendotti, A. Ghisi, A. Giovanetti, G. K. Casanueva, V. Goicoechea Gola, A. Grandi, L. Grauso, G. di Cortona, G. Grilli Grobov, A. Gromov, M. Guerzoni, M. Gulino, M. Guo, C. Hackett, B. R. Hallin, A. Hamer, A. Haranczyk, M. Harrop, B. Hessel, T. Hill, S. Horikawa, S. Hu, J. Hubaut, F. Hucker, J. Hugues, T. Hungerford, E. V. Ianni, A. Ippolito, V. Jamil, A. Jillings, C. Jois, S. Kachru, P. Keloth, R. Kemmerich, N. Kemp, A. Kendziora, C. L. Kimura, M. Kondo, K. Korga, G. Kotsiopoulou, L. Koulosousas, S. Kubankin, A. Kunzé, P. Kuss, M. Kuźniak, M. Kuzwa, M. La Commara, M. Lai, M. Guirriec, E. Le Leason, E. Leoni, A. Lidey, L. Lissia, M. Luzzi, L. Lychagina, O. Macfadyen, O. Machulin, I. N. Manecki, S. Manthos, I. Mapelli, L. Marasciulli, A. Mari, S. M. Mariani, C. Maricic, J. Martinez, M. Martoff, C. J. Matteucci, G. Mavrokoridis, K. McDonald, A. B. Mclaughlin, J. Merzi, S. Messina, A. Milincic, R. Minutoli, S. Mitra, A. Moioli, S. Monroe, J. Moretti, E. Morrocchi, M. Mroz, T. Muratova, V. N. Murphy, M. Murra, M. Muscas, C. Musico, P. Nania, R. Nessi, M. Nieradka, G. Nikolopoulos, K. Nikoloudaki, E. Nowak, J. Olchanski, K. Oleinik, A. Oleynikov, V. Organtini, P. de Solórzano, A. Ortiz Pallavicini, M. Pandola, L. Pantic, E. Paoloni, E. Papi, D. Pastuszak, G. Paternoster, G. Peck, A. Pegoraro, P. A. Pelczar, K. Pellegrini, L. A. Perez, R. Perotti, F. Pesudo, V. Piacentini, S. Pino, N. Plante, G. Pocar, A. Poehlmann, M. Pordes, S. Pralavorio, P. Price, D. Puglia, S. Bazetto, M. Queiroga Ragusa, F. Ramachers, Y. Ramirez, A. Ravinthiran, S. Razeti, M. Renshaw, A. L. Rescigno, M. Retiere, F. Rignanese, L. P. Rivetti, A. Roberts, A. Roberts, C. Rogers, G. Romero, L. Rossi, M. Rubbia, A. Rudik, D. Sabia, M. Salomone, P. Samoylov, O. Sandford, E. Sanfilippo, S. Santone, D. Santorelli, R. Santos, E. M. Savarese, C. Scapparone, E. Schillaci, G. Schuckman II, F. G. Scioli, G. Semenov, D. A. Shalamova, V. Sheshukov, A. Simeone, M. Skensved, P. Skorokhvatov, M. D. Smirnov, O. Smirnova, T. Smith, B. Sotnikov, A. Spadoni, F. Spangenberg, M. Stefanizzi, R. Steri, A. Stornelli, V. Stracka, S. Sulis, S. Sung, A. Sunny, C. Suvorov, Y. Szelc, A. M. Taborda, O. Tartaglia, R. Taylor, A. Taylor, J. Tedesco, S. Testera, G. Thieme, K. Thompson, A. Tonazzo, A. Torres-Lara, S. Tricomi, A. Unzhakov, E. V. Vallivilayil, T. J. Van Uffelen, M. Velazquez-Fernandez, L. Viant, T. Viel, S. Vishneva, A. Vogelaar, R. B. Vossebeld, J. Vyas, B. Walczak, M. B. Wang, Y. Wang, H. Westerdale, S. Williams, L. Wojaczyński, R. Wojcik, M. Wojcik, M. M. Wright, T. Xie, Y. Yang, C. Yin, J. Zabihi, A. Zakhary, P. Zani, A. Zhang, Y. Zhu, T. Zichichi, A. Zuzel, G. Zykova, M. P. High Energy Physics - Experiment Cosmology and Nongalactic Astrophysics The dual-phase liquid argon time projection chamber is presently one of the leading technologies to search for dark matter particles with masses below 10 GeV/c$^2$. This was demonstrated by the DarkSide-50 experiment with approximately 50 kg of low-radioactivity liquid argon as target material. The next generation experiment DarkSide-20k, currently under construction, will use 1,000 times more argon and is expected to start operation in 2027. Based on the DarkSide-50 experience, here we assess the DarkSide-20k sensitivity to models predicting light dark matter particles, including Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) and sub-GeV/c$^2$ particles interacting with electrons in argon atoms. With one year of data, a sensitivity improvement to dark matter interaction cross-sections by at least one order of magnitude with respect to DarkSide-50 is expected for all these models. A sensitivity to WIMP--nucleon interaction cross-sections below $1\times10^{-42}$ cm$^2$ is achievable for WIMP masses above 800 MeV/c$^2$. With 10 years exposure, the neutrino fog can be reached for WIMP masses around 5 GeV/c$^2$.
title	DarkSide-20k sensitivity to light dark matter particles
topic	High Energy Physics - Experiment Cosmology and Nongalactic Astrophysics
url	https://arxiv.org/abs/2407.05813