We report first results from the ZEPLIN I dark matter detector, based on measurement of scintillation pulse shapes in a liquid xenon target of 3.2 kg fiducial mass. Neutron calibration shows nuclear recoil pulses to have a time constant ≅ 0.5 that of gamma and beta background events. The detector is located in the 2800 mwe depth UK Boulby Mine, and is surrounded by a liquid scintillator Compton veto and passive lead shielding. Three runs totaling 293 kg d fiducial exposure yielded data consistent with a single population of background pulses, with no significant low energy population of shorter pulses. From the 90% confidence limit on the latter a limit is derived on the spin-independent WIMP-nucleon cross-section versus particle mass with a minimum at 1.1 × 10−6 pb.

The NAIAD experiment (NaI Advanced Detector) for WIMP dark matter searches at the Boulby Underground Laboratory (North Yorkshire, UK) ran from 2000 until 2003. A total of 44.9 kg x years of data collected with 2 encapsulated and 4 unencapsulated NaI(Tl) crystals with high light yield were included in the analysis. We present final results of this analysis carried out using pulse shape discrimination. No signal associated with nuclear recoils from WIMP interactions was observed in any run with any crystal. This allowed us to set upper limits on the WIMP-nucleon spin-independent and WIMP-proton spin-dependent cross-sections. The NAIAD experiment has so far imposed the most stringent constraints on the spin-dependent WIMP-proton cross-section.

DRIFT-II is a second generation multi-module gaseous dark matter detector. Each module contains two time projection chambers positioned back-to-back inside a stainless steel vacuum vessel containing carbon disulphide gas. This paper describes the DRIFT-II detector modules and the commissioning work performed to date.

The next generation neutrino observatory proposed by the LBNO collaboration will address fundamental questions in particle and astroparticle physics. The experiment consists of a far detector, in its first stage a 20 kt LAr double phase TPC and a magnetised iron calorimeter, situated at 2300 km from CERN and a near detector based on a highpressure argon gas TPC. The long baseline provides a unique opportunity to study neutrino flavour oscillations over their 1st and 2nd oscillation maxima exploring the L/E behaviour, and distinguishing effects arising from δ CP and matter. In this paper we have reevaluated the physics potential of this setup for determining the mass hierarchy (MH) and discovering CP-violation (CPV), using a conventional neutrino beam from the CERN SPS with a power of 750 kW. We use conservative assumptions on the knowledge of oscillation parameter priors and systematic uncertainties. The impact of each systematic error and the precision of oscillation prior is shown. We demonstrate that the first stage of LBNO can determine unambiguously the MH to > 5σ C.L. over the whole phase space. We show that the statistical treatment of the experiment is of very high importance, resulting in the conclusion that LBNO has ~ 100% probability to determine the MH in at most 4-5 years of running. Since the knowledge of MH is indispensable to extract δ CP from the data, the first LBNO phase can convincingly give evidence for CPV on the 3σ C.L. using today's knowledge on oscillation parameters and realistic assumptions on the systematic uncertainties.

The first underground data run of the ZEPLIN-II experiment has set a limit on the nuclear recoil rate in the two-phase xenon detector for direct dark matter searches. In this Letter the results from this run are converted into the limits on spin-dependent WIMP-proton and WIMP-neutron cross-sections. The minimum of the curve for WIMP-neutron cross-section corresponds to 7×10−2 pb at a WIMP mass of around 65 GeV.

DRIFT-I, the first full-scale gaseous dark matter detector, has recently been installed at ∼1100 m depth at the Boulby Underground Laboratory, UK. The DRIFT concept offers high background discrimination and sensitivity to the direction of WIMP-induced nuclear recoils, the latter being of particular importance in the search for evidence of WIMPs in our galaxy. In this paper we discuss the design of the DRIFT-I detector and its installation and operation at Boulby. We also present results of early engineering runs and outline plans for the future.

We present results from a GEANT4-based Monte Carlo tool for end-to-end simulations of the ZEPLIN-III dark matter experiment. ZEPLIN-III is a two-phase detector which measures both the scintillation light and the ionisation charge generated in liquid xenon by interacting particles and radiation. The software models the instrument response to radioactive backgrounds and calibration sources, including the generation, ray-tracing and detection of the primary and secondary scintillations in liquid and gaseous xenon, and subsequent processing by data acquisition electronics. A flexible user interface allows easy modification of detector parameters at run time. Realistic datasets can be produced to help with data analysis, an example of which is the position reconstruction algorithm developed from simulated data. We present a range of simulation results confirming the original design sensitivity of a few times 10−8 pb to the WIMP-nucleon cross-section.

The status of dark matter searches with inorganic scintillator detectors at Boulby mine is reviewed and the results of tests with a CsI(Tl) crystal are presented. The objectives of the latter experiment were to study anomalous fast events previously observed and to identify ways to remove this background. Clear indications were found that these events were due to surface contamination of crystals by alphas, probably from radon decay. A new array of unencapsulated NaI(Tl) crystals immersed either in liquid paraffin or pure nitrogen atmosphere is under construction at Boulby. Such an approach allows complete control of the surface of the crystals and the ability to remove any surface contamination. First data from the unencapsulated NaI(Tl) do not show the presence of anomalous fast events.

ZEPLIN II is a 30-kg two-phase xenon detector designed for direct detection of cold dark matter in the form of WIMPs. Currently in the commissioning phase, it will begin operation in the Boulby Mine, UK later this year. ZEPLIN II is capable of discriminating between nuclear recoils and background events and has a design reach up to two orders of magnitude beyond current limits. It will also serve as a step in the development program for a next-generation ton-scale detector.

The ZEPLIN I detector is a zero field liquid xenon detector used in the direct search for Galactic WIMP dark matter and has been operated at 2800 mwe depth in the Boulby mine underground facility in the UK. Discrimination between the types of interaction within the liquid xenon volume is performed through measurement of the time constant of the scintillation light, nuclear recoils being characterized by a faster time constant than the predominant background from gamma and beta events. The detector design is outlined, with a discussion of the detection efficiencies and analysis procedure, leading to a 90% c.l. spin independent cross-section upper limit of 1.1 × 10−6 pb at 60 GeV WIMP mass.