Search for low mass dark matter in DarkSide-50: the bayesian network approach - IN2P3 - Institut national de physique nucléaire et de physique des particules Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue European Physical Journal C: Particles and Fields Année : 2023

Search for low mass dark matter in DarkSide-50: the bayesian network approach

P. Agnes (1) , I.F.M. Albuquerque (2) , T. Alexander (3) , A.K. Alton , M. Ave (2) , H.O. Back (3) , G. Batignani (4) , K. Biery (5) , V. Bocci (6) , W.M. Bonivento (7) , B. Bottino (8) , S. Bussino (6) , M. Cadeddu (7) , M. Cadoni (7) , F. Calaprice (9) , A. Caminata (10) , M. D. Campos (11) , N. Canci , M. Caravati (7) , N. Cargioli (7) , M. Cariello (10) , M. Carlini , V. Cataudella (12) , P. Cavalcante , S. Cavuoti (12) , S. Chashin (13) , A. Chepurnov (13) , C. Cicalò (7) , G. Covone (12) , D. D’angelo (14) , S. Davini (10) , A. De Candia (12) , S. De Cecco (6) , G. De Filippis (12) , G. De Rosa (12) , A. V. Derbin , A. Devoto (7) , M. D’incecco , C. Dionisi (15) , F. Dordei (7) , M. Downing (16) , D. D’urso (17) , M. Fairbairn (11) , G. Fiorillo (12) , D. Franco (18) , F. Gabriele (7) , C. Galbiati (9) , C. Ghiano , C. Giganti (19) , G. K. Giovanetti (9) , A. M. Goretti , G. Grilli Di Cortona (6) , A. Grobov (20) , M. Gromov (21) , M. Guan (22) , M. Gulino (23) , B. R. Hackett (3) , K. Herner (5) , T. Hessel (18) , B. Hosseini (7) , F. Hubaut (24) , E. V. Hungerford (25) , An. Ianni (9) , V. Ippolito (6) , K. Keeter (26) , C. L. Kendziora (5) , M. Kimura (27) , I. Kochanek , D. Korablev (28) , G. Korga , A. Kubankin (29) , M. Kuss (4) , M. La Commara (12) , M. Lai (7) , X. Li (9) , M. Lissia (7) , G. Longo (12) , O. Lychagina (13) , I. N. Machulin (30) , L. P. Mapelli (31) , S. M. Mari (6) , J. Maricic (32) , A. Messina (6) , R. Milincic (32) , J. Monroe (1) , M. Morrocchi (4) , X. Mougeot (33) , V. N. Muratova , P. Musico (10) , A. O. Nozdrina (20) , A. Oleinik (29) , F. Ortica (34) , L. Pagani (35) , M. Pallavicini (10) , L. Pandola (36) , E. Pantic (35) , E. Paoloni (4) , K. Pelczar , N. Pelliccia (37) , S. Piacentini (6) , A. Pocar (16) , D. M. Poehlmann (35) , S. Pordes (5) , S. S. Poudel (25) , P. Pralavorio (24) , D. D. Price (38) , F. Ragusa (39) , M. Razeti (7) , A. Razeto , A. L. Renshaw (25) , M. Rescigno (6) , J. Rode (18, 19) , A. Romani (34) , D. Sablone (9) , O. Samoylov (28) , E. Sandford (38) , W. Sands (9) , S. Sanfilippo (36) , C. Savarese (9) , B. Schlitzer (35) , D. A. Semenov , A. Shchagin (29) , A. Sheshukov (28) , M. D. Skorokhvatov (30, 21) , O. Smirnov (28) , A. Sotnikov (28) , S. Stracka (4) , Y. Suvorov (12) , R. Tartaglia , G. Testera (10) , A. Tonazzo (18) , E. V. Unzhakov , A. Vishneva (28) , R. B. Vogelaar (40) , M. Wada (41, 27) , H. Wang (31) , Y. Wang (31, 22) , S. Westerdale (42) , M. M. Wojcik (37) , X. Xiao (31) , C. Yang (22) , G. Zuzel (37)
1 RHUL - Royal Holloway [University of London]
2 Escola Politecnica da Universidade de Sao Paulo [Sao Paulo]
3 PNNL - Pacific Northwest National Laboratory
4 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Pisa]
5 Fermilab - Fermi National Accelerator Laboratory
6 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Sezione di Roma 1]
7 INFN, Sezione di Cagliari - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Cagliari
8 UniGe - Università degli studi di Genova = University of Genoa
9 Princeton University
10 INFN, Sezione di Genova - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
11 King‘s College London
12 University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II
13 SINP - D.V. Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
14 UNIMI - Università degli Studi di Milano = University of Milan
15 INFN, Sezione di Roma 3 - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma 3
16 UMass Amherst - University of Massachusetts [Amherst]
17 UNISS - Università degli Studi di Sassari = University of Sassari [Sassari]
18 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
19 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
20 NRC KI - National Research Center "Kurchatov Institute"
21 MEPhI - Moscow State Engineering Physics Institute
22 IHEP - Institute of High Energy Physics [Beijing]
23 INFN---Laboratori Nazionali del Sud (LNS), Via S. Sofia 62, 95123 Catania, Italy
24 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
25 University of Houston
26 Black Hills State University
27 AstroCeNT - Nicolaus Copernicus Astronomical Cente
28 JINR - Joint Institute for Nuclear Research
29 Belgorod National Research University, 308015 Belgorod, Russia
30 Kurchatov NBIC Centre, National Research Centre, Kurchatov Institute
31 UC - University of California
32 UH - University of Hawai'i [Honolulu]
33 LNHB (CEA, LIST) - Laboratoire National Henri Becquerel (CEA, LIST)
34 UNIPG - Università degli Studi di Perugia = University of Perugia
35 UC Davis - University of California [Davis]
36 INFN - Laboratori Nazionali del Sud
37 UJ - Uniwersytet Jagielloński w Krakowie = Jagiellonian University
38 University of Manchester [Manchester]
39 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano
40 Virginia Tech [Blacksburg]
41 UniCa - Università degli Studi di Cagliari = University of Cagliari
42 UC Riverside - University of California [Riverside]
P. Agnes
A.K. Alton
  • Fonction : Auteur
N. Canci
  • Fonction : Auteur
M. Carlini
  • Fonction : Auteur
P. Cavalcante
  • Fonction : Auteur
A. V. Derbin
  • Fonction : Auteur
M. D’incecco
  • Fonction : Auteur
C. Galbiati
  • Fonction : Auteur
C. Ghiano
  • Fonction : Auteur
A. M. Goretti
  • Fonction : Auteur
An. Ianni
  • Fonction : Auteur
I. Kochanek
  • Fonction : Auteur
G. Korga
  • Fonction : Auteur
X. Li
  • Fonction : Auteur
V. N. Muratova
  • Fonction : Auteur
K. Pelczar
  • Fonction : Auteur
A. Razeto
  • Fonction : Auteur
D. Sablone
  • Fonction : Auteur
W. Sands
  • Fonction : Auteur
C. Savarese
  • Fonction : Auteur
D. A. Semenov
  • Fonction : Auteur
R. Tartaglia
  • Fonction : Auteur
E. V. Unzhakov
  • Fonction : Auteur
H. Wang
  • Fonction : Auteur
X. Xiao
  • Fonction : Auteur

Résumé

We present a novel approach for the search of dark matter in the DarkSide-50 experiment, relying on Bayesian Networks. This method incorporates the detector response model into the likelihood function, explicitly maintaining the connection with the quantity of interest. No assumptions about the linearity of the problem or the shape of the probability distribution functions are required, and there is no need to morph signal and background spectra as a function of nuisance parameters. By expressing the problem in terms of Bayesian Networks, we have developed an inference algorithm based on a Markov Chain Monte Carlo to calculate the posterior probability. A clever description of the detector response model in terms of parametric matrices allows us to study the impact of systematic variations of any parameter on the final results. Our approach not only provides the desired information on the parameter of interest, but also potential constraints on the response model. Our results are consistent with recent published analyses and further refine the parameters of the detector response model.
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cea-04161899 , version 1 (13-07-2023)

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Citer

P. Agnes, I.F.M. Albuquerque, T. Alexander, A.K. Alton, M. Ave, et al.. Search for low mass dark matter in DarkSide-50: the bayesian network approach. European Physical Journal C: Particles and Fields, 2023, 83, pp.322. ⟨10.1140/epjc/s10052-023-11410-4⟩. ⟨cea-04161899⟩
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