Cosmogenic background simulations for neutrinoless double beta decay with the DARWIN observatory at various underground sites

Null, Null; Adrover, M.; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Angevaare, J. R.; Antunovic, B.; Aprile, E.; Babicz, M.; Bajpai, D.; Barberio, E.; Baudis, L.; Bazyk, M.; Bell, N.; Bellagamba, L.; Biondi, R.; Biondi, Y.; Bismark, A.; Boehm, C.; Breskin, A.; Brookes, E. J.; Brown, A.; Bruno, G.; Budnik, R.; Capelli, C.; Cardoso, J. M. R.; Chauvin, A.; Cimental Chavez, A. P.; Colijn, A. P.; Conrad, J.; Cuenca-García, J. J.; D'Andrea, V.; Decowski, M. P.; Deisting, A.; Di&nbsp;,; Gangi, P.; Diglio, S.; Doerenkamp, M.; Drexlin, G.; Eitel, K.; Elykov, A.; Engel, R.; Farrell, S.; Ferella, A. D.; Ferrari, C.; Fischer, H.; Flierman, M.; Fulgione, W.; Gaemers, P.; Gaior, R.; Galloway, M.; Garroum, N.; Ghosh, S.; Girard, F.; Glade-Beucke, R.; Glück, F.; Grandi, L.; Grigat, J.; Größle, R.; Guan, H.; Guida, M.; Hammann, R.; Hannen, V.; Hansmann-Menzemer, S.; Hargittai, N.; Hasegawa, T.; Hils, C.; Higuera, A.; Hiraoka, K.; Hoetzsch, L.; Iacovacci, M.; Itow, Y.; Jakob, J.; Jörg, F.; Kara, M.; Kavrigin, P.; Kazama, S.; Keller, M.; Kilminster, B.; Kleifges, M.; Kobayashi, M.; Kopec, A.; von Krosigk, B.; Kuger, F.; Landsman, H.; Lang, R. F.; Li, I.; Li, S.; Liang, S.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Lombardi, F.; Loizeau, J.; Luce, T.; Ma, Y.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Mancuso, A.; Marrodán Undagoitia, T.; Lopes, J. A. M.; Marignetti, F.; Martens, K.; Masbou, J.; Mastroianni, S.; Milutinovic, S.; Miuchi, K.; Miyata, R.; Molinario, A.; Monteiro, C. M. B.; Morå, K.; Morteau, E.; Mosbacher, Y.; Müller, J.; Murra, M.; Newstead, J. L.; Ni, K.; Oberlack, U. G.; Ostrovskiy, I.; Paetsch, B.; Pandurovic, M.; Pellegrini, Q.; Peres, R.; Pienaar, J.; Pierre, M.; Piotter, M.; Plante, G.; Pollmann, T. R.; Principe, L.; Qi, J.; Qin, J.; Rajado Silva, M.; Ramírez García, D.; Razeto, A.; Sakamoto, S.; Sanchez, L.; Sanchez-Lucas, P.; dos Santos, J. M. F.; Sartorelli, G.; Scaffidi, A.; Schulte, P.; Schultz-Coulon, H. -C.; Schulze Eißing, H.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Semeria, F.; Shagin, P.; Sharma, S.; Shen, W.; Silva, M.; Simgen, H.; Singh, R.; Solmaz, M.; Stanley, O.; Steidl, M.; Tan, P. -L.; Terliuk, A.; Thers, D.; Thümmler, T.; Tönnies, F.; Toschi, F.; Trinchero, G.; Trotta, R.; Tunnell, C.; Urquijo, P.; Valerius, K.; Vecchi, S.; Vetter, S.; Volta, G.; Vorkapic, D.; Wang, W.; Weerman, K. M.; Weinheimer, C.; Weiss, M.; Wenz, D.; Wittweg, C.; Wolf, J.; Wolf, T.; V. H. S., Wu; Wurm, M.; Xing, Y.; Yamashita, M.; Ye, J.; Zavattini, G.; Zuber, K.

doi:10.1140/epjc/s10052-023-12298-w

Xenon dual-phase time projections chambers (TPCs) have proven to be a successful technology in study- ing physical phenomena that require low-background con- ditions. With 40 t of liquid xenon (LXe) in the TPC base- line design, DARWIN will have a high sensitivity for the detection of particle dark matter, neutrinoless double beta decay (0νββ), and axion-like particles (ALPs). Although cosmic muons are a source of background that cannot be entirely eliminated, they may be greatly diminished by plac- ing the detector deep underground. In this study, we used Monte Carlo simulations to model the cosmogenic back- ground expected for the DARWIN observatory at four under- ground laboratories: Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Sanford Underground Research Facility (SURF), Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) and SNOLAB. We present here the results of simulations performed to deter- mine the production rate of 137 Xe, the most crucial isotope in the search for 0νββ of 136 Xe. Additionally, we explore the contribution that other muon-induced spallation prod- ucts, such as other unstable xenon isotopes and tritium, may have on the cosmogenic background.

Cosmogenic background simulations for neutrinoless double beta decay with the DARWIN observatory at various underground sites / Null, Null; Adrover, M.; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Angevaare, J. R.; Antunovic, B.; Aprile, E.; Babicz, M.; Bajpai, D.; Barberio, E.; Baudis, L.; Bazyk, M.; Bell, N.; Bellagamba, L.; Biondi, R.; Biondi, Y.; Bismark, A.; Boehm, C.; Breskin, A.; Brookes, E. J.; Brown, A.; Bruno, G.; Budnik, R.; Capelli, C.; Cardoso, J. M. R.; Chauvin, A.; Cimental Chavez, A. P.; Colijn, A. P.; Conrad, J.; Cuenca-García, J. J.; D'Andrea, V.; Decowski, M. P.; Deisting, A.; Di , ; Gangi, P.; Diglio, S.; Doerenkamp, M.; Drexlin, G.; Eitel, K.; Elykov, A.; Engel, R.; Farrell, S.; Ferella, A. D.; Ferrari, C.; Fischer, H.; Flierman, M.; Fulgione, W.; Gaemers, P.; Gaior, R.; Galloway, M.; Garroum, N.; Ghosh, S.; Girard, F.; Glade-Beucke, R.; Glück, F.; Grandi, L.; Grigat, J.; Größle, R.; Guan, H.; Guida, M.; Hammann, R.; Hannen, V.; Hansmann-Menzemer, S.; Hargittai, N.; Hasegawa, T.; Hils, C.; Higuera, A.; Hiraoka, K.; Hoetzsch, L.; Iacovacci, M.; Itow, Y.; Jakob, J.; Jörg, F.; Kara, M.; Kavrigin, P.; Kazama, S.; Keller, M.; Kilminster, B.; Kleifges, M.; Kobayashi, M.; Kopec, A.; von Krosigk, B.; Kuger, F.; Landsman, H.; Lang, R. F.; Li, I.; Li, S.; Liang, S.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Lombardi, F.; Loizeau, J.; Luce, T.; Ma, Y.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Mancuso, A.; Marrodán Undagoitia, T.; Lopes, J. A. M.; Marignetti, F.; Martens, K.; Masbou, J.; Mastroianni, S.; Milutinovic, S.; Miuchi, K.; Miyata, R.; Molinario, A.; Monteiro, C. M. B.; Morå, K.; Morteau, E.; Mosbacher, Y.; Müller, J.; Murra, M.; Newstead, J. L.; Ni, K.; Oberlack, U. G.; Ostrovskiy, I.; Paetsch, B.; Pandurovic, M.; Pellegrini, Q.; Peres, R.; Pienaar, J.; Pierre, M.; Piotter, M.; Plante, G.; Pollmann, T. R.; Principe, L.; Qi, J.; Qin, J.; Rajado Silva, M.; Ramírez García, D.; Razeto, A.; Sakamoto, S.; Sanchez, L.; Sanchez-Lucas, P.; dos Santos, J. M. F.; Sartorelli, G.; Scaffidi, A.; Schulte, P.; Schultz-Coulon, H. -C.; Schulze Eißing, H.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Semeria, F.; Shagin, P.; Sharma, S.; Shen, W.; Silva, M.; Simgen, H.; Singh, R.; Solmaz, M.; Stanley, O.; Steidl, M.; Tan, P. -L.; Terliuk, A.; Thers, D.; Thümmler, T.; Tönnies, F.; Toschi, F.; Trinchero, G.; Trotta, R.; Tunnell, C.; Urquijo, P.; Valerius, K.; Vecchi, S.; Vetter, S.; Volta, G.; Vorkapic, D.; Wang, W.; Weerman, K. M.; Weinheimer, C.; Weiss, M.; Wenz, D.; Wittweg, C.; Wolf, J.; Wolf, T.; Wu, V. H. S.; Wurm, M.; Xing, Y.; Yamashita, M.; Ye, J.; Zavattini, G.; Zuber, K.. - In: EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS. - ISSN 1434-6052. - 84:1(2024). [10.1140/epjc/s10052-023-12298-w]