Constraining the Spin-Dependent WIMP-Nucleon Cross Sections with XENON1T

Aprile, E.; Aalbers, J.; Agostini, F.; Alfonsi, M.; Althueser, L.; Amaro, F.  D.; Anthony, M.; Antochi, V.  C.; Arneodo, F.; Baudis, L.; Bauermeister, B.; Benabderrahmane, M.  L.; Berger, T.; Breur, P.  A.; Brown, A.; Brown, A.; Brown, E.; Bruenner, S.; Bruno, G.; Budnik, R.; Capelli, C.; Cardoso, J.  M.  R.; Cichon, D.; Coderre, D.; Colijn, A.  P.; Conrad, J.; Cussonneau, J.  P.; Decowski, M.  P.; de Perio, P.; Di Gangi, P.; Di Giovanni, A.; Diglio, S.; Elykov, A.; Eurin, G.; Fei, J.; Ferella, A.  D.; Fieguth, A.; Fulgione, W.; Gallo Rosso, A.; Galloway, M.; Gao, F.; Garbini, M.; Grandi, L.; Greene, Z.; Hasterok, C.; Hogenbirk, E.; Howlett, J.; Iacovacci, M.; Itay, R.; Joerg, F.; Kazama, S.; Kish, A.; Koltman, G.; Kopec, A.; Landsman, H.; Lang, R.  F.; Levinson, L.; Lin, Q.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Lombardi, F.; Lopes, J.  A.  M.; López Fune, E.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Manfredini, A.; Marignetti, F.; Marrodán Undagoitia, T.; Masbou, J.; Masson, D.; Mastroianni, S.; Messina, M.; Micheneau, K.; Miller, K.; Molinario, A.; Morå, K.; Mosbacher, Y.; Murra, M.; Naganoma, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Odgers, K.; Pelssers, B.; Piastra, F.; Pienaar, J.; Pizzella, V.; Plante, G.; Podviianiuk, R.; Priel, N.; Qiu, H.; Ramírez García, D.; Reichard, S.; Riedel, B.; Rizzo, A.; Rocchetti, A.; Rupp, N.; dos Santos, J.  M.  F.; Sartorelli, G.; Šarčević, N.; Scheibelhut, M.; Schindler, S.; Schreiner, J.; Schulte, D.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Shagin, P.; Shockley, E.; Silva, M.; Simgen, H.; Therreau, C.; Thers, D.; Toschi, F.; Trinchero, G.; Tunnell, C.; Upole, N.; Vargas, M.; Wack, O.; Wang, H.; Wang, Z.; Wei, Y.; Weinheimer, C.; Wenz, D.; Wittweg, C.; Wulf, J.; Xu, Z.; Ye, J.; Zhang, Y.; Zhu, T.; Zopounidis, J.  P.

doi:10.1103/PhysRevLett.122.141301

We report the first experimental results on spin-dependent elastic weakly interacting massive particle (WIMP) nucleon scattering from the XENON1T dark matter search experiment. The analysis uses the full ton year exposure of XENON1T to constrain the spin-dependent proton-only and neutron-only cases. No significant signal excess is observed, and a profile likelihood ratio analysis is used to set exclusion limits on the WIMP-nucleon interactions. This includes the most stringent constraint to date on the WIMP-neutron cross section, with a minimum of 6.3×10−42 cm2 at 30 GeV/c2 and 90% confidence level. The results are compared with those from collider searches and used to exclude new parameter space in an isoscalar theory with an axial-vector mediator.

Constraining the Spin-Dependent WIMP-Nucleon Cross Sections with XENON1T / Aprile, E.; Aalbers, J.; Agostini, F.; Alfonsi, M.; Althueser, L.; Amaro, F. D.; Anthony, M.; Antochi, V. C.; Arneodo, F.; Baudis, L.; Bauermeister, B.; Benabderrahmane, M. L.; Berger, T.; Breur, P. A.; Brown, A.; Brown, A.; Brown, E.; Bruenner, S.; Bruno, G.; Budnik, R.; Capelli, C.; Cardoso, J. M. R.; Cichon, D.; Coderre, D.; Colijn, A. P.; Conrad, J.; Cussonneau, J. P.; Decowski, M. P.; de Perio, P.; Di Gangi, P.; Di Giovanni, A.; Diglio, S.; Elykov, A.; Eurin, G.; Fei, J.; Ferella, A. D.; Fieguth, A.; Fulgione, W.; Gallo Rosso, A.; Galloway, M.; Gao, F.; Garbini, M.; Grandi, L.; Greene, Z.; Hasterok, C.; Hogenbirk, E.; Howlett, J.; Iacovacci, M.; Itay, R.; Joerg, F.; Kazama, S.; Kish, A.; Koltman, G.; Kopec, A.; Landsman, H.; Lang, R. F.; Levinson, L.; Lin, Q.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Lombardi, F.; Lopes, J. A. M.; López Fune, E.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Manfredini, A.; Marignetti, F.; Marrodán Undagoitia, T.; Masbou, J.; Masson, D.; Mastroianni, S.; Messina, M.; Micheneau, K.; Miller, K.; Molinario, A.; Morå, K.; Mosbacher, Y.; Murra, M.; Naganoma, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Odgers, K.; Pelssers, B.; Piastra, F.; Pienaar, J.; Pizzella, V.; Plante, G.; Podviianiuk, R.; Priel, N.; Qiu, H.; Ramírez García, D.; Reichard, S.; Riedel, B.; Rizzo, A.; Rocchetti, A.; Rupp, N.; dos Santos, J. M. F.; Sartorelli, G.; Šarčević, N.; Scheibelhut, M.; Schindler, S.; Schreiner, J.; Schulte, D.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Shagin, P.; Shockley, E.; Silva, M.; Simgen, H.; Therreau, C.; Thers, D.; Toschi, F.; Trinchero, G.; Tunnell, C.; Upole, N.; Vargas, M.; Wack, O.; Wang, H.; Wang, Z.; Wei, Y.; Weinheimer, C.; Wenz, D.; Wittweg, C.; Wulf, J.; Xu, Z.; Ye, J.; Zhang, Y.; Zhu, T.; Zopounidis, J. P.. - In: PHYSICAL REVIEW LETTERS. - ISSN 0031-9007. - 122:14(2019). [10.1103/PhysRevLett.122.141301]