European Physical Journal C: Particles and Fields (Sep 2017)
Results on MeV-scale dark matter from a gram-scale cryogenic calorimeter operated above ground
- G. Angloher,
- P. Bauer,
- A. Bento,
- C. Bucci,
- L. Canonica,
- X. Defay,
- A. Erb,
- F. v. Feilitzsch,
- N. Ferreiro Iachellini,
- P. Gorla,
- A. Gütlein,
- D. Hauff,
- J. Jochum,
- M. Kiefer,
- H. Kluck,
- H. Kraus,
- J.-C. Lanfranchi,
- A. Langenkämper,
- J. Loebell,
- M. Mancuso,
- E. Mondragon,
- A. Münster,
- L. Oberauer,
- C. Pagliarone,
- F. Petricca,
- W. Potzel,
- F. Pröbst,
- R. Puig,
- F. Reindl,
- J. Rothe,
- K. Schäffner,
- J. Schieck,
- S. Schönert,
- W. Seidel,
- M. Stahlberg,
- L. Stodolsky,
- C. Strandhagen,
- R. Strauss,
- A. Tanzke,
- H. H. Trinh Thi,
- C. Türkoǧlu,
- M. Uffinger,
- A. Ulrich,
- I. Usherov,
- S. Wawoczny,
- M. Willers,
- M. Wüstrich,
- A. Zöller
Affiliations
- G. Angloher
- Max-Planck-Institut für Physik
- P. Bauer
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. Bento
- Max-Planck-Institut für Physik
- C. Bucci
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Canonica
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- X. Defay
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- A. Erb
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- F. v. Feilitzsch
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- N. Ferreiro Iachellini
- Max-Planck-Institut für Physik
- P. Gorla
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Gütlein
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- D. Hauff
- Max-Planck-Institut für Physik
- J. Jochum
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- M. Kiefer
- Max-Planck-Institut für Physik
- H. Kluck
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- H. Kraus
- Department of Physics, University of Oxford
- J.-C. Lanfranchi
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- A. Langenkämper
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- J. Loebell
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- M. Mancuso
- Max-Planck-Institut für Physik
- E. Mondragon
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- A. Münster
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- L. Oberauer
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- C. Pagliarone
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- F. Petricca
- Max-Planck-Institut für Physik
- W. Potzel
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- F. Pröbst
- Max-Planck-Institut für Physik
- R. Puig
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- F. Reindl
- Max-Planck-Institut für Physik
- J. Rothe
- Max-Planck-Institut für Physik
- K. Schäffner
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- J. Schieck
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- S. Schönert
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- W. Seidel
- Max-Planck-Institut für Physik
- M. Stahlberg
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- L. Stodolsky
- Max-Planck-Institut für Physik
- C. Strandhagen
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- R. Strauss
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. Tanzke
- Max-Planck-Institut für Physik
- H. H. Trinh Thi
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- C. Türkoǧlu
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- M. Uffinger
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- A. Ulrich
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- I. Usherov
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- S. Wawoczny
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- M. Willers
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- M. Wüstrich
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. Zöller
- Physik-Department and Excellence Cluster Universe, Technische Universität München
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-017-5223-9
- Journal volume & issue
-
Vol. 77,
no. 9
pp. 1 – 6
Abstract
Abstract Models for light dark matter particles with masses below 1 GeV/c $$^2$$ 2 are a natural and well-motivated alternative to so-far unobserved weakly interacting massive particles. Gram-scale cryogenic calorimeters provide the required detector performance to detect these particles and extend the direct dark matter search program of CRESST. A prototype 0.5 g sapphire detector developed for the $$\nu $$ ν -cleus experiment has achieved an energy threshold of $$E_{th}=(19.7\pm 0.9)$$ E t h = ( 19.7 ± 0.9 ) eV. This is one order of magnitude lower than for previous devices and independent of the type of particle interaction. The result presented here is obtained in a setup above ground without significant shielding against ambient and cosmogenic radiation. Although operated in a high-background environment, the detector probes a new range of light-mass dark matter particles previously not accessible by direct searches. We report the first limit on the spin-independent dark matter particle-nucleon cross section for masses between 140 and 500 MeV/c $$^2$$ 2 .