Search for inelastic scattering of WIMP dark matter in XENON1T

Aprile E.; Aalbers J.; Agostini F.; Alfonsi M.; Althueser L.; Amaro F. D.; Andaloro S.; Angelino E.; Angevaare J. R.; Antochi V. C.; Arneodo F.; Baudis L.; Bauermeister B.; Bellagamba L.; Benabderrahmane M. L.; Brown A.; Brown E.; Bruenner S.; Bruno G.; Budnik R.; Capelli C.; Cardoso J. M. R.; Cichon D.; Cimmino B.; Clark M.; Coderre D.; Colijn A. P.; Conrad J.; Cuenca J.; Cussonneau J. P.; Decowski M. P.; Depoian A.; Di Gangi P.; Di Giovanni A.; Di Stefano R.; Diglio S.; Elykov A.; Ferella A. D.; Fulgione W.; Gaemers P.; Gaior R.; Galloway M.; Gao F.; Grandi L.; Hils C.; Hiraide K.; Hoetzsch L.; Howlett J.; Iacovacci M.; Itow Y.; Joerg F.; Kato N.; Kazama S.; Kobayashi M.; Koltman G.; Kopec A.; Landsman H.; Lang R. F.; Levinson L.; Liang S.; Lin Q.; Lindemann S.; Lindner M.; Lombardi F.; Long J.; Lopes J. A. M.; Ma Y.; Macolino C.; Mahlstedt J.; Mancuso A.; Manenti L.; Manfredini A.; Marignetti F.; Marrodan Undagoitia T.; Martens K.; Masbou J.; Masson D.; Mastroianni S.; Messina M.; Miuchi K.; Mizukoshi K.; Molinario A.; Mora K.; Moriyama S.; Mosbacher Y.; Murra M.; Naganoma J.; Ni K.; Oberlack U.; Odgers K.; Palacio J.; Pelssers B.; Peres R.; Pienaar J.; Pierre M.; Pizzella V.; Plante G.; Qi J.; Qin J.; Ramirez Garcia D.; Reichard S.; Rocchetti A.; Rupp N.; Dos Santos J. M. F.; Sartorelli G.; Sarcevic N.; Scheibelhut M.; Schreiner J.; Schulte D.; Schulze Eissing H.; Schumann M.; Scotto Lavina L.; Selvi M.; Semeria F.; Shagin P.; Shockley E.; Silva M.; Simgen H.; Takeda A.; Therreau C.; Thers D.; Toschi F.; Trinchero G.; Tunnell C.; Valerius K.; Vargas M.; Volta G.; Wei Y.; Weinheimer C.; Weiss M.; Wenz D.; Wittweg C.; Wolf T.; Xu Z.; Yamashita M.; Ye J.; Zavattini G.; Zhang Y.; Zhu T.; Zopounidis J. P.

doi:10.1103/PhysRevD.103.063028

We report the results of a search for the inelastic scattering of weakly interacting massive particles (WIMPs) in the XENON1T dark matter experiment. Scattering off Xe129 is the most sensitive probe of inelastic WIMP interactions, with a signature of a 39.6 keV deexcitation photon detected simultaneously with the nuclear recoil. Using an exposure of 0.83 tonne-years, we find no evidence of inelastic WIMP scattering with a significance of more than 2σ. A profile-likelihood ratio analysis is used to set upper limits on the cross section of WIMP-nucleus interactions. We exclude new parameter space for WIMPs heavier than 100 GeV/c2, with the strongest upper limit of 3.3×10-39 cm2 for 130 GeV/c2 WIMPs at 90% confidence level.