Search for Light Dark Matter in Low-Energy Ionization Signals from XENONnT

Aprile, E.; Aalbers, J.; Abe, K.; Ahmed Maouloud, S.; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Anton Martin, D.; Arneodo, F.; Baudis, L.; Bazyk, M.; Bellagamba, L.; Biondi, R.; Bismark, A.; Boese, K.; Brown, A.; Bruno, G.; Budnik, R.; Cai, C.; Capelli, C.; Cardoso, J. M. R.; Cimental Chavez, A. P.; Colijn, A. P.; Conrad, J.; Cuenca-Garcia, J. J.; D'Andrea, V.; Daniel Garcia, L. C.; Decowski, M. P.; Deisting, A.; Di Donato, C.; Di Gangi, P.; Diglio, S.; Eitel, K.; El Morabit, S.; Elykov, A.; Ferella, A. D.; Ferrari, C.; Fischer, H.; Flehmke, T.; Flierman, M.; Fulgione, W.; Fuselli, C.; Gaemers, P.; Gaior, R.; Galloway, M.; Gao, F.; Ghosh, S.; Giacomobono, R.; Glade-Beucke, R.; Grandi, L.; Grigat, J.; Guan, H.; Guida, M.; Gyorgy, P.; Hammann, R.; Higuera, A.; Hils, C.; Hoetzsch, L.; Hood, N. F.; Iacovacci, M.; Itow, Y.; Jakob, J.; Joerg, F.; Kaminaga, Y.; Kara, M.; Kavrigin, P.; Kazama, S.; Kobayashi, M.; Koke, D.; Kopec, A.; Landsman, H.; Lang, R. F.; Levinson, L.; Li, I.; Li, S.; Liang, S.; Lin, Y. -T.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Liu, K.; Liu, M.; Loizeau, J.; Lombardi, F.; Long, J.; Lopes, J. A. M.; Luce, T.; Ma, Y.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Mancuso, A.; Manenti, L.; Marignetti, F.; Marrodan Undagoitia, T.; Martens, K.; Masbou, J.; Masson, E.; Mastroianni, S.; Melchiorre, A.; Merz, J.; Messina, M.; Michael, A.; Miuchi, K.; Molinario, A.; Moriyama, S.; Mora, K.; Mosbacher, Y.; Murra, M.; Muller, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Paetsch, B.; Pan, Y.; Pellegrini, Q.; Peres, R.; Peters, C.; Pienaar, J.; Pierre, M.; Plante, G.; Pollmann, T. R.; Principe, L.; Qi, J.; Qin, J.; Ramirez Garcia, D.; Rajado, M.; Singh, R.; Sanchez, L.; Dos Santos, J. M. F.; Sarnoff, I.; Sartorelli, G.; Schreiner, J.; Schulte, P.; Schulze Eissing, H.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Semeria, F.; Shagin, P.; Shi, S.; Shi, J.; Silva, M.; Simgen, H.; Szyszka, C.; Takeda, A.; Tan, P. -L.; Thers, D.; Toschi, F.; Trinchero, G.; Tunnell, C. D.; Tonnies, F.; Valerius, K.; Vecchi, S.; Vetter, S.; Villazon Solar, F. I.; Volta, G.; Weinheimer, C.; Weiss, M.; Wenz, D.; Wittweg, C.; V. H. S., Wu; Xing, Y.; Xu, D.; Xu, Z.; Yamashita, M.; Yang, L.; Ye, J.; Yuan, L.; Zavattini, G.; Zhong, M.

doi:10.1103/PhysRevLett.134.161004

We report on a blinded search for dark matter with single- and few-electron signals in the first science run of XENONnT relying on a novel detector response framework that is physics model dependent. We derive 90% confidence upper limits for dark matter-electron interactions. Heavy and light mediator cases are considered for the standard halo model and dark matter up-scattered in the Sun. We set stringent new limits on dark matter-electron scattering via a heavy mediator with a mass within 10-20 MeV/c2 and electron absorption of axionlike particles and dark photons for mχ below 0.03 keV/c2.