Directionality for nuclear recoils in a LAr TPC

N. Pino; P. Agnes; I. Ahmad; S. Albergo; I. Albuquerque; M. Ave; W. M. Bonivento; B. Bottino; M. Cadeddu; A. Caminata; N. Canci; G. Cappello; M. Caravati; S. Catalanotti; V. Cataudella; R. Cesarano; C. Cicalò; G. Covone; A. de Candia; G. De Filippis; G. De Rosa; D. Dell’Aquila; S. Davini; C. Dionisi; G. Dolganov; G. Fiorillo; D. Franco; C. Galbiati; M. Gulino; V. Ippolito; N. Kemmerich; M. Kimura; M. Kuss; M. La Commara; X. Li; S. M. Mari; C. J. Martoﬀ; G. Matteucci; V. Oleynikov; M. Pallavicini; L. Pandola; M. Rescigno; J. Rode; S. Sanﬁlippo; A. Sosa; Y. Suvorov; G. Testera; A. Tricomi; M. Wada; H. Wang; Y. Wang; P. Zakhary

doi:10.1051/epjconf/202328006004

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Volume 280 (2023)

EPJ Web Conf., 280 (2023) 06004

Abstract

Open Access

Issue		EPJ Web Conf. Volume 280, 2023 RICAP-22, 8^th Roma International Conference on Astroparticle Physics


Article Number		06004
Number of page(s)		4
Section		Direct DM search
DOI		https://doi.org/10.1051/epjconf/202328006004
Published online		20 March 2023

EPJ Web of Conferences 280, 06004 (2023)
https://doi.org/10.1051/epjconf/202328006004

Directionality for nuclear recoils in a LAr TPC

N. Pino¹^,2^,4^*, P. Agnes⁵^,20, I. Ahmad⁶, S. Albergo¹^,2^,4, I. Albuquerque⁷, M. Ave⁷, W. M. Bonivento⁸, B. Bottino⁹^,10, M. Cadeddu⁸, A. Caminata¹⁰, N. Canci¹¹, G. Cappello¹^,2, M. Caravati⁸^,12, S. Catalanotti¹⁴^,15, V. Cataudella¹⁴^,15, R. Cesarano¹⁶^,17, C. Cicalò⁸, G. Covone¹⁴^,15, A. de Candia¹⁴^,15, G. De Filippis¹⁴^,15, G. De Rosa¹⁴^,15, D. Dell’Aquila³^,32, S. Davini¹⁰, C. Dionisi¹⁶^,17, G. Dolganov¹⁸, G. Fiorillo¹⁴^,15, D. Franco¹⁹, C. Galbiati⁹^,20, M. Gulino³^,21, V. Ippolito¹⁷, N. Kemmerich⁷, M. Kimura⁶, M. Kuss¹³, M. La Commara²²^,14, X. Li⁹, S. M. Mari²³^,24, C. J. Martoﬀ²⁵, G. Matteucci¹⁵, V. Oleynikov²⁶, M. Pallavicini²⁷^,10, L. Pandola³, M. Rescigno¹⁷, J. Rode¹⁹^,28, S. Sanﬁlippo³^,23^,24, A. Sosa⁷, Y. Suvorov¹⁴^,15, G. Testera¹⁰, A. Tricomi¹^,2^,4, M. Wada⁶, H. Wang²⁹, Y. Wang³⁰^,31 and P. Zakhary⁶

¹ Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Catania, Catania, Italy
² Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Catania, Catania, Italy
³ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud, Catania, Italy
⁴ Centro Siciliano di Fisica Nucleare e Struttura della Materia, Catania, Italy
⁵ Department of Physics, University of Houston, Houston, USA
⁶ AstroCeNT, Nicolaus Copernicus Astronomical Centre, Warsaw, Poland
⁷ Instituto de Fìsica, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil
⁸ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Cagliari, Cagliari, Italy
⁹ Physics Department, Princeton University, Princeton, USA
¹⁰ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Genova, Genova 16146, Italy
¹¹ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi, Italy
¹² Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Cagliari, Cagliari, Italy
¹³ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Pisa, Pisa, Italy
¹⁴ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Napoli, Napoli, Italy
¹⁵ Dipartimento di Fisica, Università degli Studi Federico II, Napoli, Italy
¹⁶ Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy
¹⁷ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma, Roma, Italy
¹⁸ National Research Centre Kurchatov Institute, Moscow, Russian Federation
¹⁹ APC, Université Paris Diderot, CNRS/IN2P3, Paris, France
²⁰ Gran Sasso Science Institute, L’Aquila, Italy
²¹ Università di Enna Kore, Enna, Italy
²² Dipartimento di Farmacia, Università degli Studi Federico II, Napoli, Italy
²³ Dipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, Roma, Italy
²⁴ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Roma Tre, Roma, Italy
²⁵ Physics Department, Temple University, Philadelphia, USA
²⁶ Budker Institute of Nuclear Physics (BINP SB RAS), Novosibirsk, Russian Federation
²⁷ Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Genova, Genova, Italy
²⁸ LPNHE Paris, Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot, CNRS/IN2P3, Paris, France
²⁹ Physics and Astronomy Department, University of California, Los Angeles, USA
³⁰ Institute of High Energy Physics, Beijing, China
³¹ University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
³² Università degli Studi di Sassari, Sassari, Italy

^* e-mail: noemi.pino@ct.infn.it

Published online: 20 March 2023

Abstract

In the direct searches for Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) as Dark Matter candidates, the sensitivity of the detector to the incom- ing particle direction could provide a smoking gun signature for an interesting event. The SCENE collaboration ﬁrstly suggested the possible directional de- pendence of a dual-phase argon Time Projection Chamber through the columnar recombination eﬀect. The Recoil Directionality project (ReD) within the Global Argon Dark Matter Collaboration aims to characterize the light and charge re- sponse of a liquid Argon dual-phase TPC to neutron-induced nuclear recoils to probe for the hint by SCENE. In this work, the directional sensitivity of the de- tector in the energy range of interest for WIMPs (20-100 keV) is investigated with a data-driven analysis involving a Machine Learning algorithm.

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