Results from the first use of low radioactivity argon in a dark matter search

Agnes, P.; Agostino, L.; Albuquerque, I.  . f.  . m.; Alexander, T.; Alton, A.  . k.; Arisaka, K.; Back, H.  . o.; Baldin, B.; Biery, K.; Bonfini, G.; Bossa, M.; Bottino, B.; Brigatti, A.; Brodsky, J.; Budano, F.; Bussino, S.; Cadeddu, M.; Cadonati, L.; Cadoni, M.; Calaprice, F.; Canci, N.; Candela, A.; Cao, H.; Cariello, M.; Carlini, M.; Catalanotti, S.; Cavalcante, P.; Chepurnov, A.; Cocco, A.  . g.; Covone, G.; Crippa, L.; D’Angelo, D.; D’Incecco, M.; Davini, S.; De Cecco, S.; De Deo, M.; De Vincenzi, M.; Derbin, A.; Devoto, A.; Di Eusanio, F.; Di Pietro, G.; Edkins, E.; Empl, A.; Fan, A.; Fiorillo, G.; Fomenko, K.; Forster, G.; Franco, D.; Gabriele, F.; Galbiati, C.; Giganti, C.; Goretti, A.  . m.; Granato, F.; Grandi, L.; Gromov, M.; Guan, M.; Guardincerri, Y.; Hackett, B.  . r.; Herner, K.; Hungerford, E.  . v.; Ianni, A. l.; Ianni, A. n.; James, I.; Jollet, C.; Keeter, K.; Kendziora, C.  . l.; Kobychev, V.; Koh, G.; Korablev, D.; Korga, G.; Kubankin, A.; Li, X.; Lissia, M.; Lombardi, P.; Luitz, S.; Ma, Y.; Machulin, I.  . n.; Mandarano, A.; Mari, S.  . m.; Maricic, J.; Marini, L.; Martoff, C.  . j.; Meregaglia, A.; Meyers, P.  . d.; Miletic, T.; Milincic, R.; Montanari, D.; Monte, A.; Montuschi, M.; Monzani, M.; Mosteiro, P.; Mount, B.  . j.; Muratova, V.  . n.; Musico, P.; Napolitano, J.; Nelson, A.; Odrowski, S.; Orsini, M.; Ortica, Fausto; Pagani, L.; Pallavicini, M.; Pantic, E.; Parmeggiano, S.; Pelczar, K.; Pelliccia, Nicomede; Perasso, S.; Pocar, A.; Pordes, S.; Pugachev, D.  . a.; Qian, H.; Randle, K.; Ranucci, G.; Razeto, A.; Reinhold, B.; Renshaw, A.  . l.; Romani, Aldo; Rossi, B.; Rossi, N.; Rountree, D.; Sablone, D.; Saggese, P.; Saldanha, R.; Sands, W.; Sangiorgio, S.; Savarese, C.; Segreto, E.; Semenov, D.  . a.; Shields, E.; Singh, P.  . n.; Skorokhvatov, M.  . d.; Smirnov, O.; Sotnikov, A.; Stanford, C.; Suvorov, Y.; Tartaglia, R.; Tatarowicz, J.; Testera, G.; Tonazzo, A.; Trinchese, P.; Unzhakov, E.  . v.; Vishneva, A.; Vogelaar, B.; Wada, M.; Walker, S.; Wang, H.; Wang, Y.; Watson, A.  . w.; Westerdale, S.; Wilhelmi, J.; Wojcik, M.  . m.; Xiang, X.; Xu, J.; Yang, C.; Yoo, J.; Zavatarelli, S.; Zec, A.; Zhong, W.; Zhu, C.; Zuzel, G.

doi:10.1103/PhysRevD.93.081101

Liquid argon is a bright scintillator with potent particle identification properties, making it an attractive target for direct-detection dark matter searches. The DarkSide-50 dark matter search here reports the first WIMP search results obtained using a target of low-radioactivity argon. DarkSide-50 is a dark matter detector, using a two-phase liquid argon time projection chamber, located at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso. The underground argon is shown to contain Ar39 at a level reduced by a factor (1.4±0.2)×103 relative to atmospheric argon. We report a background-free null result from (2616±43) kg d of data, accumulated over 70.9 live days. When combined with our previous search using an atmospheric argon, the 90% C.L. upper limit on the WIMP-nucleon spin-independent cross section, based on zero events found in the WIMP search regions, is 2.0×10−44 cm2 (8.6×10−44 cm2, 8.0×10−43 cm2) for a WIMP mass of 100 GeV/c2 (1 TeV/c2, 10 TeV/c2).