First constraint for atmospheric millicharged particles with the LUX-ZEPLIN experiment

Aalbers, J.; Akerib, D. S.; Musalhi, A. K. Al; Alder, F.; Amarasinghe, C. S.; Ames, A.; Anderson, T. J.; Angelides, N.; Araújo, H. M.; Armstrong, J. E.; Arthurs, M.; Baker, A.; Balashov, S.; Bang, J.; Bargemann, J. W.; Barillier, E. E.; Bauer, D.; Beattie, K.; Benson, T.; Bhatti, A.; Biekert, A.; Biesiadzinski, T. P.; Birch, H. J.; Bishop, E.; Blockinger, G. M.; Boxer, B.; Brew, C. A. J.; Brás, P.; Burdin, S.; Buuck, M.; Carmona-Benitez, M. C.; Carter, M.; Chawla, A.; Chen, H.; Cherwinka, J. J.; Chin, Y. T.; Chott, N. I.; Converse, M. V.; Coronel, R.; Cottle, A.; Cox, G.; Curran, D.; Dahl, C. E.; Darlington, I.; Dave, S.; David, A.; Delgaudio, J.; Dey, S.; de Viveiros, L.; Di Felice, L.; Ding, C.; Dobson, J. E. Y.; Druszkiewicz, E.; Dubey, S.; Eriksen, S. R.; Fan, A.; Fayer, S.; Fearon, N. M.; Fieldhouse, N.; Fiorucci, S.; Flaecher, H.; Fraser, E. D.; Fruth, T. M. A.; Gaitskell, R. J.; Geffre, A.; Genovesi, J.; Ghag, C.; Ghosh, A.; Gibbons, R.; Gokhale, S.; Green, J.; van der Grinten, M. G. D.; Haiston, J. J.; Hall, C. R.; Hall, T. J.; Han, S.; Hartigan-O'Connor, E.; Haselschwardt, S. J.; Hernandez, M. A.; Hertel, S. A.; Heuermann, G.; Homenides, G. J.; Horn, M.; Huang, D. Q.; Hunt, D.; Jacquet, E.; James, R. S.; Johnson, J.; Kaboth, A. C.; Kamaha, A. C.; K., Meghna K.; Khaitan, D.; Khazov, A.; Khurana, I.; Kim, J.; Kim, Y. D.; Kingston, J.; Kirk, R.; Kodroff, D.; Korley, L.; Korolkova, E. V.; Kraus, H.; Kravitz, S.; Kreczko, L.; Kudryavtsev, V. A.; Lawes, C.; Leonard, D. S.; Lesko, K. T.; Levy, C.; Lin, J.; Lindote, A.; Lippincott, W. H.; Lopes, M. I.; Lorenzon, W.; Lu, C.; Luitz, S.; Majewski, P. A.; Manalaysay, A.; Mannino, R. L.; Maupin, C.; McCarthy, M. E.; McDowell, G.; McKinsey, D. N.; McLaughlin, J.; McLaughlin, J. B.; McMonigle, R.; Mizrachi, E.; Monte, A.; Monzani, M. E.; Mendoza, J. D. Morales; Morrison, E.; Mount, B. J.; Murdy, M.; Murphy, A. St. J.; Naylor, A.; Nelson, H. N.; Neves, F.; Nguyen, A.; O'Brien, C. L.; Olcina, I.; Oliver-Mallory, K. C.; Orpwood, J.; Oyulmaz, K. Y; Palladino, K. J.; Palmer, J.; Pannifer, N. J.; Parveen, N.; Patton, S. J.; Penning, B.; Pereira, G.; Perry, E.; Pershing, T.; Piepke, A.; Qie, Y.; Reichenbacher, J.; Rhyne, C. A.; Richards, A.; Riffard, Q.; Rischbieter, G. R. C.; Ritchey, E.; Riyat, H. S.; Rosero, R.; Rushton, T.; Rynders, D.; Santone, D.; Sazzad, A. B. M. R.; Schnee, R. W.; Sehr, G.; Shafer, B.; Shaw, S.; Shutt, T.; Silk, J. J.; Silva, C.; Sinev, G.; Siniscalco, J.; Smith, R.; Solovov, V. N.; Sorensen, P.; Soria, J.; Stancu, I.; Stevens, A.; Stifter, K.; Suerfu, B.; Sumner, T. J.; Szydagis, M.; Tiedt, D. R.; Timalsina, M.; Tong, Z.; Tovey, D. R.; Tranter, J.; Trask, M.; Tripathi, M.; Usón, A.; Vacheret, A.; Vaitkus, A. C.; Valentino, O.; Velan, V.; Wang, A.; Wang, J. J.; Wang, Y.; Watson, J. R.; Weeldreyer, L.; Whitis, T. J.; Wild, K.; Williams, M.; Wisniewski, W. J.; Wolf, L.; Wolfs, F. L. H.; Woodford, S.; Woodward, D.; Wright, C. J.; Xia, Q.; Xu, J.; Xu, Y.; Yeh, M.; Yeum, D.; Zha, W.; Zweig, E. A.

doi:10.1103/zhs9-65ds

高能物理 - 实验

arXiv:2412.04854v4 (hep-ex)

[提交于 2024年12月6日 (v1) ，最后修订 2025年6月9日 (此版本， v4)]

标题： LUX-ZEPLIN实验对大气微带电粒子的第一个约束条件

标题： First constraint for atmospheric millicharged particles with the LUX-ZEPLIN experiment

Authors:J. Aalbers, D. S. Akerib, A. K. Al Musalhi, F. Alder, C. S. Amarasinghe, A. Ames, T. J. Anderson, N. Angelides, H. M. Araújo, J. E. Armstrong, M. Arthurs, A. Baker, S. Balashov, J. Bang, J. W. Bargemann, E. E. Barillier, D. Bauer, K. Beattie, T. Benson, A. Bhatti, A. Biekert, T. P. Biesiadzinski, H. J. Birch, E. Bishop, G. M. Blockinger, B. Boxer, C. A. J. Brew, P. Brás, S. Burdin, M. Buuck, M. C. Carmona-Benitez, M. Carter, A. Chawla, H. Chen, J. J. Cherwinka, Y. T. Chin, N. I. Chott, M. V. Converse, R. Coronel, A. Cottle, G. Cox, D. Curran, C. E. Dahl, I. Darlington, S. Dave, A. David, J. Delgaudio, S. Dey, L. de Viveiros, L. Di Felice, C. Ding, J. E. Y. Dobson, E. Druszkiewicz, S. Dubey, S. R. Eriksen, A. Fan, S. Fayer, N. M. Fearon, N. Fieldhouse, S. Fiorucci, H. Flaecher, E. D. Fraser, T. M. A. Fruth, R. J. Gaitskell, A. Geffre, J. Genovesi, C. Ghag, A. Ghosh, R. Gibbons, S. Gokhale, J. Green, M. G. D. van der Grinten, J. J. Haiston, C. R. Hall, T. J. Hall, S. Han, E. Hartigan-O'Connor, S. J. Haselschwardt, M. A. Hernandez, S. A. Hertel, G. Heuermann, G. J. Homenides, M. Horn, D. Q. Huang, D. Hunt, E. Jacquet, R. S. James, J. Johnson, A. C. Kaboth, A. C. Kamaha, Meghna K. K., D. Khaitan, A. Khazov, I. Khurana, J. Kim, Y. D. Kim, J. Kingston, R. Kirk, D. Kodroff, L. Korley et al. (118 additional authors not shown)

摘要：我们报告了利用LUX-ZEPLIN实验第一次科学运行期间收集的数据，对宇宙射线质子大气相互作用产生的弥散电荷粒子（mCPs）的搜索结果。本研究考虑了两种过程产生的mCPs——介子衰变和质子韧致辐射。此次搜索利用了液氙（LXe）时间投影室（TPC）特有的新颖信号，对质量范围在10到1000 MeV/c$^2$和电子电荷e的分数电荷在0.001到0.02之间的mCPs具有灵敏度。在60个有效运行日和5.5吨标定质量下，未观测到显著的超出背景值的现象。这代表了首次针对大气mCPs的实验搜索，也是首次使用地下LXe实验对mCPs的搜索。

摘要： We report on a search for millicharged particles (mCPs) produced in cosmic ray proton atmospheric interactions using data collected during the first science run of the LUX-ZEPLIN experiment. The mCPs produced by two processes -- meson decay and proton bremsstrahlung -- are considered in this study. This search utilized a novel signature unique to liquid xenon (LXe) time projection chambers (TPCs), allowing sensitivity to mCPs with masses ranging from 10 to 1000 MeV/c$^2$ and fractional charges between 0.001 and 0.02 of the electron charge e. With an exposure of 60 live days and a 5.5 tonne fiducial mass, we observed no significant excess over background. This represents the first experimental search for atmospheric mCPs and the first search for mCPs using an underground LXe experiment.

主题：	高能物理 - 实验 (hep-ex)
引用方式：	arXiv:2412.04854 [hep-ex]
	(或者 arXiv:2412.04854v4 [hep-ex] 对于此版本)
	https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.04854
期刊参考：	Physical Review Letters 134, 241802 (2025)
相关 DOI:	https://doi.org/10.1103/zhs9-65ds

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来自： Yongheng Xu [查看电子邮件]
[v1] 星期五， 2024 年 12 月 6 日 08:45:58 UTC (253 KB)
[v2] 星期二， 2024 年 12 月 10 日 06:34:00 UTC (253 KB)
[v3] 星期一， 2025 年 5 月 19 日 22:41:06 UTC (301 KB)
[v4] 星期一， 2025 年 6 月 9 日 15:50:40 UTC (301 KB)

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