Sensitivity projections for a dual-phase argon TPC optimized for light dark matter searches through the ionization channel

• DOI: 10.1103/physrevd.107.112006
• Publication Date: 2023-06-20T14:09:26Z
• Authors: P. Agnes; I. Ahmad; S. Albergo; I. F. M. Albuquerque; T. Alexander; A. K. Alton; P. Amaudruz; M. Atzori Corona; D. J. Auty; M. Ave; I. Ch. Avetisov; R. I. Avetisov; O. Azzolini; H. O. Back; Z. Balmforth; V. Barbarian; A. Barrado Olmedo; P. Barrillon; A. Basco; G. Batignani; E. Berzin; A. Bondar; W. M. Bonivento; E. Borisova; B. Bottino; M. G. Boulay; G. Buccino; S. Bussino; J. Busto; A. Buzulutskov; M. Cadeddu; M. Cadoni; A. Caminata; N. Canci; A. Capra; S. Caprioli; M. Caravati; M. Cárdenas-Montes; N. Cargioli; M. Carlini; P. Castello; V. Cataudella; P. Cavalcante; S. Cavuoti; S. Cebrian; J. M. Cela Ruiz; S. Chashin; A. Chepurnov; E. Chyhyrynets; C. Cicalò; L. Cifarelli; D. Cintas; V. Cocco; E. Conde Vilda; L. Consiglio; S. Copello; G. Covone; S. Cross; M. Czubak; M. D’Aniello; S. D’Auria; M. D. Da Rocha Rolo; O. Dadoun; M. Daniel; S. Davini; A. De Candia; S. De Cecco; A. De Falco; G. De Filippis; D. De Gruttola; S. De Pasquale; G. De Rosa; G. Dellacasa; A. V. Derbin; A. Devoto; F. Di Capua; L. Di Noto; P. Di Stefano; C. Dionisi; G. Dolganov; F. Dordei; L. Doria; T. Erjavec; M. Fernandez Diaz; G. Fiorillo; A. Franceschi; P. Franchini; D. Franco; E. Frolov; N. Funicello; F. Gabriele; D. Gahan; C. Galbiati; G. Gallina; G. Gallus; M. Garbini; P. Garcia Abia; A. Gendotti; C. Ghiano; R. A. Giampaolo; C. Giganti; M. A. Giorgi; G. K. Giovanetti; V. Goicoechea Cas...; A. Gola; D. Gorman; R. Graciani Diaz; G. Grauso; G. Grilli di Cortona; A. Grobov; M. Gromov; M. Guan; M. Guerzoni; M. Gulino; C. Guo; B. R. Hackett; J. B. Hall; A. L. Hallin; A. Hamer; H. Helton; M. Haranczyk; T. Hessel; S. Hill; S. Horikawa; F. Hubaut; T. Hugues; E. V. Hungerford; An. Ianni; V. Ippolito; C. Jillings; P. Kachru; A. A. Kemp; C. L. Kendziora; G. Keppel; A. V. Khomyakov; M. Kimura; I. Kochanek; K. Kondo; G. Korga; S. Koulosousas; A. Kubankin; M. Kuss; M. Kuźniak; M. La Commara; M. Lai; E. Le Guirriec; E. Leason; X. Li; L. Lidey; J. Lipp; M. Lissia; G. Longo; L. Luzzi; O. Macfadyen; I. N. Machulin; I. Manthos; L. Mapelli; A. Margotti; S. M. Mari; C. Mariani; J. Maricic; A. Marini; M. Martínez; C. J. Martoff; A. Masoni; K. Mavrokoridis; A. Mazzi; A. B. McDonald; A. Messina; R. Milincic; A. Moggi; A. Moharana; J. Monroe; M. Morrocchi; E. N. Mozhevitina; T. Mróz; V. N. Muratova; C. Muscas; P. Musico; R. Nania; T. Napolitano; M. Nessi; G. Nieradka; K. Nikolopoulos; I. Nikulin; J. Nowak; K. Olchansky; A. Oleinik; V. Oleynikov; P. Organtini; A. Ortiz de Solór...; L. Pagani; M. Pallavicini; L. Pandola; E. Pantic; E. Paoloni; G. Paternoster; P. A. Pegoraro; K. Pelczar; C. Pellegrino; F. Perotti; V. Pesudo; S. Piacentini; F. Pietropaolo; N. Pino; C. Pira; A. Pocar; D. M. Poehlmann; S. Pordes; P. Pralavorio; D. Price; F. Raffaelli; F. Ragusa; Y. Ramachers; A. Ramirez; M. Razeti; A. Razeto; A. L. Renshaw; M. Rescigno; F. Resnati; F. Retiere; L. P. Rignanese; C. Ripoli; A. Rivetti; A. Roberts; C. Roberts; J. Rode; G. Rogers; L. Romero; M. Rossi; A. Rubbia; S. Sadashivajois; T. R. Saffold; O. Samoylov; E. Sandford; S. Sanfilippo; D. Santone; R. Santorelli; C. Savarese; E. Scapparone; G. Scioli; D. A. Semenov; A. Shchagin; A. Sheshukov; M. Simeone; P. Skensved; M. D. Skorokhvatov; O. Smirnov; T. Smirnova; B. Smith; A. Sokolov; M. Spangenberg; R. Stefanizzi; A. Steri; S. Stracka; V. Strickland; M. Stringer; S. Sulis; A. Sung; Y. Suvorov; A. M. Szelc; C. Türkoğlu; R. Tartaglia; A. Taylor; J. Taylor; S. Tedesco; G. Testera; K. Thieme; T. N. Thorpe; A. Tonazzo; S. Torres-Lara; A. Tricomi; E. V. Unzhakov; T. Vallivilayil John; M. Van Uffelen; T. Viant; S. Viel; A. Vishneva; R. B. Vogelaar; J. Vossebeld; M. Wada; M. B. Walczak; Y. Wang; S. Westerdale; R. J. Wheadon; L. Williams; I. Wingerter-Seez; R. Wojaczyński; Ma. M. Wojcik; Ma. Wojcik; T. Wright; Y. Xie; C. Yang; A. Zabihi; P. Zakhary; A. Zani; A. Zichichi; G. Zuzel; M. P. Zykova
• Keywords: Time projection chamber

Dark matter lighter than 10 GeV/c$^2$ encompasses a promising range of candidates. A conceptual design for new detector, DarkSide-LowMass, is presented, based on the DarkSide-50 detector and progress toward DarkSide-20k, optimized low-threshold electron-counting measurement. Sensitivity to light dark explored various potential energy thresholds background rates. These studies show that DarkSide-LowMass can achieve sensitivity down solar neutrino floor GeV-scale masses significant MeV/c$^2$ considering Migdal effect or interactions with electrons. Requirements optimizing detector's are explored, as gains from modeling mitigating spurious electron backgrounds may dominate signal at lowest energies.