European Physical Journal C: Particles and Fields (Mar 2024)
Light dark matter search using a diamond cryogenic detector
- CRESST Collaboration,
- G. Angloher,
- S. Banik,
- G. Benato,
- A. Bento,
- A. Bertolini,
- R. Breier,
- C. Bucci,
- J. Burkhart,
- L. Canonica,
- A. D’Addabbo,
- S. Di Lorenzo,
- L. Einfalt,
- A. Erb,
- F. v. Feilitzsch,
- S. Fichtinger,
- D. Fuchs,
- A. Garai,
- V. M. Ghete,
- P. Gorla,
- P. V. Guillaumon,
- S. Gupta,
- D. Hauff,
- M. Jes̆kovský,
- J. Jochum,
- M. Kaznacheeva,
- A. Kinast,
- H. Kluck,
- H. Kraus,
- S. Kuckuk,
- A. Langenkämper,
- M. Mancuso,
- L. Marini,
- B. Mauri,
- L. Meyer,
- V. Mokina,
- M. Olmi,
- T. Ortmann,
- C. Pagliarone,
- L. Pattavina,
- F. Petricca,
- W. Potzel,
- P. Povinec,
- F. Pröbst,
- F. Pucci,
- F. Reindl,
- J. Rothe,
- K. Schäffner,
- J. Schieck,
- S. Schönert,
- C. Schwertner,
- M. Stahlberg,
- L. Stodolsky,
- C. Strandhagen,
- R. Strauss,
- I. Usherov,
- F. Wagner,
- M. Willers,
- V. Zema
Affiliations
- CRESST Collaboration
- G. Angloher
- Max-Planck-Institut für Physik
- S. Banik
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- G. Benato
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Bento
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. Bertolini
- Max-Planck-Institut für Physik
- R. Breier
- Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University
- C. Bucci
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- J. Burkhart
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- L. Canonica
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. D’Addabbo
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- S. Di Lorenzo
- Max-Planck-Institut für Physik
- L. Einfalt
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- A. Erb
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- F. v. Feilitzsch
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- S. Fichtinger
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- D. Fuchs
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. Garai
- Max-Planck-Institut für Physik
- V. M. Ghete
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- P. Gorla
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- P. V. Guillaumon
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- S. Gupta
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- D. Hauff
- Max-Planck-Institut für Physik
- M. Jes̆kovský
- Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University
- J. Jochum
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- M. Kaznacheeva
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- A. Kinast
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- H. Kluck
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- H. Kraus
- Department of Physics, University of Oxford
- S. Kuckuk
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- A. Langenkämper
- Max-Planck-Institut für Physik
- M. Mancuso
- Max-Planck-Institut für Physik
- L. Marini
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- B. Mauri
- Max-Planck-Institut für Physik
- L. Meyer
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- V. Mokina
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- M. Olmi
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- T. Ortmann
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- C. Pagliarone
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Pattavina
- INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- F. Petricca
- Max-Planck-Institut für Physik
- W. Potzel
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- P. Povinec
- Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University
- F. Pröbst
- Max-Planck-Institut für Physik
- F. Pucci
- Max-Planck-Institut für Physik
- F. Reindl
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- J. Rothe
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- K. Schäffner
- Max-Planck-Institut für Physik
- J. Schieck
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- S. Schönert
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- C. Schwertner
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- M. Stahlberg
- Max-Planck-Institut für Physik
- L. Stodolsky
- Max-Planck-Institut für Physik
- C. Strandhagen
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- R. Strauss
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- I. Usherov
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- F. Wagner
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- M. Willers
- Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
- V. Zema
- Max-Planck-Institut für Physik
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-024-12647-3
- Journal volume & issue
-
Vol. 84,
no. 3
pp. 1 – 6
Abstract
Abstract Diamond operated as a cryogenic calorimeter is an excellent target for direct detection of low-mass dark matter candidates. Following the realization of the first low-threshold cryogenic detector that uses diamond as absorber for astroparticle physics applications, we now present the resulting exclusion limits on the elastic spin-independent interaction cross-section of dark matter with diamond. We measured two 0.175 g CVD (Chemical Vapor Deposition) diamond samples, each instrumented with a Transition Edge Sensor made of Tungsten (W-TES). Thanks to the energy threshold of just 16.8 eV of one of the two detectors, we set exclusion limits on the elastic spin-independent interaction of dark matter particles with carbon nuclei down to dark matter masses as low as 0.122 GeV/c $$^2$$ 2 . This work shows the scientific potential of cryogenic detectors made from diamond and lays the foundation for the use of this material as target for direct detection dark matter experiments.
