Sensitivity of the SHiP experiment to light dark matter
Ahdida, C.; Akmete, A.; Albanese, R.; Alexandrov, A.; Anokhina, A.; Aoki, S.; Arduini, G.; Atkin, E.; Azorskiy, N.; Back, J. J.; Bagulya, A.; Baaltasar Dos Santos, F.; Baranov, A.; Bardou, F.; Barker, G. J.; Battistin, M.; Bauche, J.; Bay, A.; Bayliss, V.; Bencivenni, G.; Berdnikov, A. Y.; Berdnikov, Y. A.; Bertani, M.; Betancourt, C.; Bezshyiko, I.; Bezshyyko, O.; Bick, D.; Bieschke, S.; Blanco, A.; Boehm, J.; Bogomilov, M.; Boiarska, I.; Bondarenko, K.; Bonivento, W. M.; Borburgh, J.; Boyarsky, A.; Brenner, R.; Breton, D.; Buscher, V.; Buonaura, A.; Buonocore, L.; Buontempo, S.; Cadeddu, S.; Calcaterra, A.; Calviani, M.; Campanelli, M.; Casolino, M.; Charitonidis, N.; Chau, P.; Chauveau, J.; Chepurnov, A.; Chernyavskiy, M.; Choi, K. -Y.; Chumakov, A.; Ciambrone, P.; Cicero, V.; Congedo, L.; Cornelis, K.; Cristinziani, M.; Crupano, A.; Dallavalle, G. M.; Datwyler, A.; D'Ambrosio, N.; D'Appollonio, G.; de Asmundis, R.; De Carvalho Saraiva, J.; De Lellis, G.; de Magistris, M.; De Roeck, A.; De Serio, M.; De Simone, D.; Dedenko, L.; Dergachev, P.; Di Crescenzo, A.; Di Giulio, L.; Di Marco, N.; Dib, C.; Dijkstra, H.; Dmitrenko, V.; Dougherty, L. A.; Dolmatov, A.; Domenici, D.; Donskov, S.; Drohan, V.; Dubreuil, A.; Durhan, O.; Ehlert, M.; Elikkaya, E.; Enik, T.; Etenko, A.; Fabbri, F.; Fedin, O.; Fedotovs, F.; Felici, G.; Ferrillo, M.; Ferro-Luzzi, M.; Filippov, K.; Fini, R. A.; Fonte, P.; Franco, C.; Fraser, M.; Fresa, R.; Froeschl, R.; Frugiuele, C.; Fukuda, T.; Galati, G.; Gall, J.; Gatignon, L.; Gavrilov, G.; Gentile, V.; Goddard, B.; Golinka-Bezshyyko, L.; Golovatiuk, A.; Golovtsov, V.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gorbounov, P.; Gorbunov, D.; Gorbunov, S.; Gorkavenko, V.; Gorshenkov, M.; Grachev, V.; Grandchamp, A. L.; Graverini, E.; Grenard, J. -L.; Grenier, D.; Grichine, V.; Gruzinskii, N.; Guler, A. M.; Guz, Yu.; Haefeli, G. J.; Hagner, C.; Hakobyan, H.; Harris, I. W.; van Herwijnen, E.; Hessler, C.; Hollnagel, A.; Hosseini, B.; Hushchyn, M.; Iaselli, G.; Iuliano, A.; Jacobsson, R.; Jokovic, D.; Jonker, M.; Kadenko, I.; Kain, V.; Kaiser, B.; Kamiscioglu, C.; Karpenkov, D.; Kershaw, K.; Khabibullin, M.; Khalikov, E.; Khaustov, G.; Khoriauli, G.; Khotyantsev, A.; Kim, Y. G.; Kim, V.; Kitagawa, N.; Ko, J. -W.; Kodama, K.; Kolesnikov, A.; Kolev, D. I.; Kolosov, V.; Komatsu, M.; Kono, A.; Konovalova, N.; Kormannshaus, S.; Korol, I.; Korol'ko, I.; Korzenev, A.; Kostyukhin, V.; Koukovini Platia, E.; Kovalenko, S.; Krasilnikova, I.; Kudenko, Y.; Kurbatov, E.; Kurbatov, P.; Kurochka, V.; Kuznetsova, E.; Lacker, H. M.; Lamont, M.; Lanfranchi, G.; Lantwin, O.; Lauria, A.; Lee, K. S.; Lee, K. Y.; Levy, J. -M.; Loschiavo, V. P.; Lopes, L.; Lopez Sola, E.; Lyubovitskij, V.; Maalmi, J.; Magnan, A.; Maleev, V.; Malinin, A.; Maltoni, F.; Manabe, Y.; Managadze, A. K.; Manfredi, M.; Marsh, S.; Marshall, A. M.; Mattelaer, O.; Mefodev, A.; Mermod, P.; Miano, A.; Mikado, S.; Mikhaylov, Yu.; Milstead, D. A.; Mineev, O.; Montanari, A.; Montesi, M. C.; Morishima, K.; Movchan, S.; Muttoni, Y.; Naganawa, N.; Nakamura, M.; Nakano, T.; Nasybulin, S.; Ninin, P.; Nishio, A.; Novikov, A.; Obinyakov, B.; Ogawa, S.; Okateva, N.; Opitz, B.; Osborne, J.; Ovchynnikov, M.; Owtscharenko, N.; Owen, P. H.; Pacholek, P.; Paoloni, A.; Park, B. D.; Pastore, A.; Patel, M.; Pereyma, D.; Perillo-Marcone, A.; Petkov, G. L.; Petridis, K.; Petrov, A.; Podgrudkov, D.; Poliakov, V.; Polukhina, N.; Prieto Prieto, J.; Prokudin, M.; Prota, A.; Quercia, A.; Rademakers, A.; Rakai, A.; Ratnikov, F.; Rawlings, T.; Redi, F.; Ricciardi, S.; Rinaldesi, M.; Rodin, Volodymyr; Rodin, Viktor; Robbe, P.; Rodrigues Cavalcante, A. B.; Roganova, T.; Rokujo, H.; Rosa, G.; Rovelli, T.; Ruchayskiy, O.; Ruf, T.; Samoylenko, V.; Samsonov, V.; Sanchez Galan, F.; Santos Diaz, P.; Sanz Ull, A.; Saputi, A.; Sato, O.; Savchenko, E. S.; Schliwinski, J. S.; Schmidt-Parzefall, W.; Serra, N.; Sgobba, S.; Shadura, O.; Shakin, A.; Shaposhnikov, M.; Shatalov, P.; Shchedrina, T.; Shchutska, L.; Shevchenko, V.; Shibuya, H.; Shirobokov, S.; Shustov, A.; Silverstein, S. B.; Simone, S.; Simoniello, R.; Skorokhvatov, M.; Smirnov, S.; Sohn, J. Y.; Sokolenko, A.; Solodko, E.; Starkov, N.; Stoel, L.; Stramaglia, M. E.; Sukhonos, D.; Suzuki, Y.; Takahashi, S.; Tastet, J. L.; Teterin, P.; Than Naing, S.; Timiryasov, I.; Tioukov, V.; Tommasini, D.; Torii, M.; Tosi, N.; Tramontano, F.; Treille, D.; Tsenov, R.; Ulin, S.; Ursov, E.; Ustyuzhanin, A.; Uteshev, Z.; Uvarov, L.; Vankova-Kirilova, G.; Vannucci, F.; Venturi, V.; Vilchinski, S.; Vincke, Heinz; Vincke, Helmut; Visone, C.; Vlasik, K.; Volkov, A.; Voronkov, R.; van Waasen, S.; Wanke, R.; Wertelaers, P.; Williams, O.; Woo, J. -K.; Wurm, M.; Xella, S.; Yilmaz, D.; Yilmazer, A. U.; Yoon, C. S.; Zaytsev, Yu.; Zelenov, A.; Zimmerman, J.
2021
Files
Abstract
Dark matter is a well-established theoretical addition to the Standard Model supported by many observations in modern astrophysics and cosmology. In this context, the existence of weakly interacting massive particles represents an appealing solution to the observed thermal relic in the Universe. Indeed, a large experimental campaign is ongoing for the detection of such particles in the sub-GeV mass range. Adopting the benchmark scenario for light dark matter particles produced in the decay of a dark photon, with alpha(D) = 0.1 and m(A ') = 3m(chi), we study the potential of the SHiP experiment to detect such elusive particles through its Scattering and Neutrino detector (SND). In its 5-years run, corresponding to 2 center dot 10(20) protons on target from the CERN SPS, we find that SHiP will improve the current limits in the mass range for the dark matter from about 1 MeV to 300 MeV. In particular, we show that SHiP will probe the thermal target for Majorana candidates in most of this mass window and even reach the Pseudo-Dirac thermal relic.
Details
Title
Sensitivity of the SHiP experiment to light dark matter
Author(s)
Ahdida, C. ; Akmete, A. ; Albanese, R. ; Alexandrov, A. ; Anokhina, A. ; Aoki, S. ; Arduini, G. ; Atkin, E. ; Azorskiy, N. ; Back, J. J. ; Bagulya, A. ; Baaltasar Dos Santos, F. ; Baranov, A. ; Bardou, F. ; Barker, G. J. ; Battistin, M. ; Bauche, J. ; Bay, A. ; Bayliss, V. ; Bencivenni, G. ; Berdnikov, A. Y. ; Berdnikov, Y. A. ; Bertani, M. ; Betancourt, C. ; Bezshyiko, I. ; Bezshyyko, O. ; Bick, D. ; Bieschke, S. ; Blanco, A. ; Boehm, J. ; Bogomilov, M. ; Boiarska, I. ; Bondarenko, K. ; Bonivento, W. M. ; Borburgh, J. ; Boyarsky, A. ; Brenner, R. ; Breton, D. ; Buscher, V. ; Buonaura, A. ; Buonocore, L. ; Buontempo, S. ; Cadeddu, S. ; Calcaterra, A. ; Calviani, M. ; Campanelli, M. ; Casolino, M. ; Charitonidis, N. ; Chau, P. ; Chauveau, J. ; Chepurnov, A. ; Chernyavskiy, M. ; Choi, K. -Y. ; Chumakov, A. ; Ciambrone, P. ; Cicero, V. ; Congedo, L. ; Cornelis, K. ; Cristinziani, M. ; Crupano, A. ; Dallavalle, G. M. ; Datwyler, A. ; D'Ambrosio, N. ; D'Appollonio, G. ; de Asmundis, R. ; De Carvalho Saraiva, J. ; De Lellis, G. ; de Magistris, M. ; De Roeck, A. ; De Serio, M. ; De Simone, D. ; Dedenko, L. ; Dergachev, P. ; Di Crescenzo, A. ; Di Giulio, L. ; Di Marco, N. ; Dib, C. ; Dijkstra, H. ; Dmitrenko, V. ; Dougherty, L. A. ; Dolmatov, A. ; Domenici, D. ; Donskov, S. ; Drohan, V. ; Dubreuil, A. ; Durhan, O. ; Ehlert, M. ; Elikkaya, E. ; Enik, T. ; Etenko, A. ; Fabbri, F. ; Fedin, O. ; Fedotovs, F. ; Felici, G. ; Ferrillo, M. ; Ferro-Luzzi, M. ; Filippov, K. ; Fini, R. A. ; Fonte, P. ; Franco, C. ; Fraser, M. ; Fresa, R. ; Froeschl, R. ; Frugiuele, C. ; Fukuda, T. ; Galati, G. ; Gall, J. ; Gatignon, L. ; Gavrilov, G. ; Gentile, V. ; Goddard, B. ; Golinka-Bezshyyko, L. ; Golovatiuk, A. ; Golovtsov, V. ; Golubkov, D. ; Golutvin, A. ; Gorbounov, P. ; Gorbunov, D. ; Gorbunov, S. ; Gorkavenko, V. ; Gorshenkov, M. ; Grachev, V. ; Grandchamp, A. L. ; Graverini, E. ; Grenard, J. -L. ; Grenier, D. ; Grichine, V. ; Gruzinskii, N. ; Guler, A. M. ; Guz, Yu. ; Haefeli, G. J. ; Hagner, C. ; Hakobyan, H. ; Harris, I. W. ; van Herwijnen, E. ; Hessler, C. ; Hollnagel, A. ; Hosseini, B. ; Hushchyn, M. ; Iaselli, G. ; Iuliano, A. ; Jacobsson, R. ; Jokovic, D. ; Jonker, M. ; Kadenko, I. ; Kain, V. ; Kaiser, B. ; Kamiscioglu, C. ; Karpenkov, D. ; Kershaw, K. ; Khabibullin, M. ; Khalikov, E. ; Khaustov, G. ; Khoriauli, G. ; Khotyantsev, A. ; Kim, Y. G. ; Kim, V. ; Kitagawa, N. ; Ko, J. -W. ; Kodama, K. ; Kolesnikov, A. ; Kolev, D. I. ; Kolosov, V. ; Komatsu, M. ; Kono, A. ; Konovalova, N. ; Kormannshaus, S. ; Korol, I. ; Korol'ko, I. ; Korzenev, A. ; Kostyukhin, V. ; Koukovini Platia, E. ; Kovalenko, S. ; Krasilnikova, I. ; Kudenko, Y. ; Kurbatov, E. ; Kurbatov, P. ; Kurochka, V. ; Kuznetsova, E. ; Lacker, H. M. ; Lamont, M. ; Lanfranchi, G. ; Lantwin, O. ; Lauria, A. ; Lee, K. S. ; Lee, K. Y. ; Levy, J. -M. ; Loschiavo, V. P. ; Lopes, L. ; Lopez Sola, E. ; Lyubovitskij, V. ; Maalmi, J. ; Magnan, A. ; Maleev, V. ; Malinin, A. ; Maltoni, F. ; Manabe, Y. ; Managadze, A. K. ; Manfredi, M. ; Marsh, S. ; Marshall, A. M. ; Mattelaer, O. ; Mefodev, A. ; Mermod, P. ; Miano, A. ; Mikado, S. ; Mikhaylov, Yu. ; Milstead, D. A. ; Mineev, O. ; Montanari, A. ; Montesi, M. C. ; Morishima, K. ; Movchan, S. ; Muttoni, Y. ; Naganawa, N. ; Nakamura, M. ; Nakano, T. ; Nasybulin, S. ; Ninin, P. ; Nishio, A. ; Novikov, A. ; Obinyakov, B. ; Ogawa, S. ; Okateva, N. ; Opitz, B. ; Osborne, J. ; Ovchynnikov, M. ; Owtscharenko, N. ; Owen, P. H. ; Pacholek, P. ; Paoloni, A. ; Park, B. D. ; Pastore, A. ; Patel, M. ; Pereyma, D. ; Perillo-Marcone, A. ; Petkov, G. L. ; Petridis, K. ; Petrov, A. ; Podgrudkov, D. ; Poliakov, V. ; Polukhina, N. ; Prieto Prieto, J. ; Prokudin, M. ; Prota, A. ; Quercia, A. ; Rademakers, A. ; Rakai, A. ; Ratnikov, F. ; Rawlings, T. ; Redi, F. ; Ricciardi, S. ; Rinaldesi, M. ; Rodin, Volodymyr ; Rodin, Viktor ; Robbe, P. ; Rodrigues Cavalcante, A. B. ; Roganova, T. ; Rokujo, H. ; Rosa, G. ; Rovelli, T. ; Ruchayskiy, O. ; Ruf, T. ; Samoylenko, V. ; Samsonov, V. ; Sanchez Galan, F. ; Santos Diaz, P. ; Sanz Ull, A. ; Saputi, A. ; Sato, O. ; Savchenko, E. S. ; Schliwinski, J. S. ; Schmidt-Parzefall, W. ; Serra, N. ; Sgobba, S. ; Shadura, O. ; Shakin, A. ; Shaposhnikov, M. ; Shatalov, P. ; Shchedrina, T. ; Shchutska, L. ; Shevchenko, V. ; Shibuya, H. ; Shirobokov, S. ; Shustov, A. ; Silverstein, S. B. ; Simone, S. ; Simoniello, R. ; Skorokhvatov, M. ; Smirnov, S. ; Sohn, J. Y. ; Sokolenko, A. ; Solodko, E. ; Starkov, N. ; Stoel, L. ; Stramaglia, M. E. ; Sukhonos, D. ; Suzuki, Y. ; Takahashi, S. ; Tastet, J. L. ; Teterin, P. ; Than Naing, S. ; Timiryasov, I. ; Tioukov, V. ; Tommasini, D. ; Torii, M. ; Tosi, N. ; Tramontano, F. ; Treille, D. ; Tsenov, R. ; Ulin, S. ; Ursov, E. ; Ustyuzhanin, A. ; Uteshev, Z. ; Uvarov, L. ; Vankova-Kirilova, G. ; Vannucci, F. ; Venturi, V. ; Vilchinski, S. ; Vincke, Heinz ; Vincke, Helmut ; Visone, C. ; Vlasik, K. ; Volkov, A. ; Voronkov, R. ; van Waasen, S. ; Wanke, R. ; Wertelaers, P. ; Williams, O. ; Woo, J. -K. ; Wurm, M. ; Xella, S. ; Yilmaz, D. ; Yilmazer, A. U. ; Yoon, C. S. ; Zaytsev, Yu. ; Zelenov, A. ; Zimmerman, J.
Published in
Journal Of High Energy Physics
Issue
4
Pages
199
Date
2021-04-20
ISSN
1029-8479
Other identifier(s)
View record in Web of Science
Record Appears in
Scientific production and competences > SB - School of Basic Sciences > MATH - Institute of Mathematics > LCVMM - Laboratory for Computation and Visualization in Mathematics and Mechanics
Scientific production and competences > SB - School of Basic Sciences > IPHYS - Institute of Physics > LPPC - Laboratory of Particle Physics and Cosmology
Scientific production and competences > SB - School of Basic Sciences > IPHYS - Institute of Physics > LPHE - High Energy Physics Laboratory
Scientific production and competences > SB - School of Basic Sciences > Mathematics
Peer-reviewed publications
Work produced at EPFL
Journal Articles
Published
Scientific production and competences > SB - School of Basic Sciences > IPHYS - Institute of Physics > LPPC - Laboratory of Particle Physics and Cosmology
Scientific production and competences > SB - School of Basic Sciences > IPHYS - Institute of Physics > LPHE - High Energy Physics Laboratory
Scientific production and competences > SB - School of Basic Sciences > Mathematics
Peer-reviewed publications
Work produced at EPFL
Journal Articles
Published
Record creation date
2021-05-22