WIMP Dark Matter Search using a 3.1 Tonne-Year Exposure of the XENONnT Experiment

Aprile, E.; Aalbers, J.; Abe, K.; Ahmed Maouloud, S.; Althueser, L.; Andrieu, B.; Angelino, E.; Antón Martin, D.; Armbruster, S. R.; 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 Chávez, A. P.; Colijn, A. P.; Conrad, J.; Cuenca-García, 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.; Fuchs, D.; Fulgione, W.; Fuselli, C.; Gaemers, P.; Gaior, R.; Gao, F.; Ghosh, S.; Giacomobono, R.; Girard, F.; 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.; Kharbanda, P.; Kobayashi, M.; Koke, D.; Kooshkjalali, K.; Kopec, A.; Landsman, H.; Lang, R. F.; Levinson, L.; Li, I.; Li, S.; Liang, S.; Liang, Z.; Lin, Y. -T.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Liu, K.; Liu, M.; Loizeau, J.; Lombardi, F.; Long, J.; Lopes, J. A. M.; Lucchetti, G. M.; Luce, T.; Ma, Y.; Macolino, C.; Mahlstedt, J.; Mancuso, A.; Manenti, L.; Marignetti, F.; Marrodán Undagoitia, T.; Martens, K.; Masbou, J.; Mastroianni, S.; Melchiorre, A.; Merz, J.; Messina, M.; Michael, A.; Miuchi, K.; Molinario, A.; Moriyama, S.; Morå, K.; Mosbacher, Y.; Murra, M.; Müller, 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.; Ramírez García, D.; Rajado, M.; Ravindran, A.; Razeto, A.; 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.; Stevens, A.; Szyszka, C.; Takeda, A.; Takeuchi, Y.; Tan, P. -L.; Thers, D.; Trinchero, G.; Tunnell, C. D.; Tönnies, 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, J.; Yang, L.; Ye, J.; Yuan, L.; Zavattini, G.; Zhao, Y.; Zhong, M.

doi:10.1103/msw4-t342

We report on a search for weakly interacting massive particle (WIMP) dark matter (DM) via elastic DM-xenon-nucleus interactions in the XENONnT experiment. We combine datasets from the first and second science campaigns resulting in a total exposure of 3.1 tonne-years. In a blind analysis of nuclear recoil events with energies above $3.8\,\mathrm{keV_{NR}}$, we find no significant excess above background. We set new upper limits on the spin-independent WIMP-nucleon scattering cross section for WIMP masses above $10\,\mathrm{GeV}/c^2$ with a minimum of $1.7\,\times\,10^{-47}\,\mathrm{cm^2}$ at $90\,\%$ confidence level for a WIMP mass of $30\,\mathrm{GeV}/c^2$. We achieve a best median sensitivity of $1.4\,\times\,10^{-47}\,\mathrm{cm^2}$ for a $41\,\mathrm{GeV}/c^2$ WIMP. Compared to the result from the first XENONnT science dataset, we improve our sensitivity by a factor of up to 1.8.