The Large Underground Xenon (LUX) experiment is a dual-phase xenon time-projection chamber operating at the Sanford Underground Research Facility (Lead, South Dakota). The LUX cryostat was filled for the first time in the underground laboratory in February 2013. We report results of the first WIMP search data set, taken during the period from April to August 2013, presenting the analysis of 85.3 live days of data with a fiducial volume of 118 kg. A profile-likelihood analysis technique shows our data to be consistent with the background-only hypothesis, allowing 90% confidence limits to be set on spin-independent WIMP-nucleon elastic scattering with a minimum upper limit on the cross section of 7.6 × 10(-46) cm(2) at a WIMP mass of 33 GeV/c(2). We find that the LUX data are in disagreement with low-mass WIMP signal interpretations of the results from several recent direct detection experiments.

We report constraints on spin-independent weakly interacting massive particle (WIMP)-nucleon scattering using a 3.35×10^{4} kg day exposure of the Large Underground Xenon (LUX) experiment. A dual-phase xenon time projection chamber with 250 kg of active mass is operated at the Sanford Underground Research Facility under Lead, South Dakota (USA). With roughly fourfold improvement in sensitivity for high WIMP masses relative to our previous results, this search yields no evidence of WIMP nuclear recoils. At a WIMP mass of 50 GeV c^{-2}, WIMP-nucleon spin-independent cross sections above 2.2×10^{-46} cm^{2} are excluded at the 90% confidence level. When combined with the previously reported LUX exposure, this exclusion strengthens to 1.1×10^{-46} cm^{2} at 50 GeV c^{-2}.

We present constraints on weakly interacting massive particles (WIMP)-nucleus scattering from the 2013 data of the Large Underground Xenon dark matter experiment, including 1.4×10^{4} kg day of search exposure. This new analysis incorporates several advances: single-photon calibration at the scintillation wavelength, improved event-reconstruction algorithms, a revised background model including events originating on the detector walls in an enlarged fiducial volume, and new calibrations from decays of an injected tritium β source and from kinematically constrained nuclear recoils down to 1.1 keV. Sensitivity, especially to low-mass WIMPs, is enhanced compared to our previous results which modeled the signal only above a 3 keV minimum energy. Under standard dark matter halo assumptions and in the mass range above 4 GeV c^{-2}, these new results give the most stringent direct limits on the spin-independent WIMP-nucleon cross section. The 90% C.L. upper limit has a minimum of 0.6 zb at 33 GeV c^{-2} WIMP mass.

LUX-ZEPLIN (LZ) is a next-generation dark matter direct detection experiment that will operate 4850 feet underground at the Sanford Underground Research Facility (SURF) in Lead, South Dakota, USA. Using a two-phase xenon detector with an active mass of 7 tonnes, LZ will search primarily for low-energy interactions with weakly interacting massive particles (WIMPs), which are hypothesized to make up the dark matter in our galactic halo. In this paper, the projected WIMP sensitivity of LZ is presented based on the latest background estimates and simulations of the detector. For a 1000 live day run using a 5.6-tonne fiducial mass, LZ is projected to exclude at 90% confidence level spin-independent WIMP-nucleon cross sections above $1.4\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}48}\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{2}$ for a $40\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}/{c}^{2}$ mass WIMP. Additionally, a $5\ensuremath{\sigma}$ discovery potential is projected, reaching cross sections below the exclusion limits of recent experiments. For spin-dependent WIMP-neutron(-proton) scattering, a sensitivity of $2.3\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}43}\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{2}$ ($7.1\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}42}\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{2}$) for a $40\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}/{c}^{2}$ mass WIMP is expected. With underground installation well underway, LZ is on track for commissioning at SURF in 2020.

We present experimental constraints on the spin-dependent WIMP-nucleon elastic cross sections from the total 129.5 kg-year exposure acquired by the Large Underground Xenon experiment (LUX), operating at the Sanford Underground Research Facility in Lead, South Dakota (USA). A profile likelihood ratio analysis allows 90% CL upper limits to be set on the WIMP-neutron (WIMP-proton) cross section of $\sigma_n$ = 1.6$\times 10^{-41}$ cm$^{2}$ ($\sigma_p$ = 5$\times 10^{-40}$ cm$^{2}$) at 35 GeV$c^{-2}$, almost a sixfold improvement over the previous LUX spin-dependent results. The spin-dependent WIMP-neutron limit is the most sensitive constraint to date.

Abstract The Single Volume Scatter Camera (SVSC) Collaboration aims to develop portable neutron imaging systems for a variety of applications in nuclear non-proliferation. Conventional double-scatter neutron imagers are composed of several separate detector volumes organized in at least two planes. A neutron must scatter in two of these detector volumes for its initial trajectory to be reconstructed. As such, these systems typically have a large footprint and poor geometric efficiency. We report on the design and characterization of a prototype monolithic neutron scatter camera that is intended to significantly improve upon the geometrical shortcomings of conventional neutron cameras. The detector consists of a 50 mm×56 mm× 60 mm monolithic block of EJ-204 plastic scintillator instrumented on two faces with arrays of 64 Hamamatsu S13360-6075PE silicon photomultipliers (SiPMs). The electronic crosstalk is limited to < 5% between adjacent channels and < 0.1% between all other channel pairs. SiPMs introduce a significantly elevated dark count rate over PMTs, as well as correlated noise from after-pulsing and optical crosstalk. In this article, we characterize the dark count rate and optical crosstalk and present a modified event reconstruction likelihood function that accounts for them. We find that the average dark count rate per SiPM is 4.3 MHz with a standard deviation of 1.5 MHz among devices. The analysis method we employ to measure internal optical crosstalk also naturally yields the mean and width of the single-electron pulse height. We calculate separate contributions to the width of the single-electron pulse-height from electronic noise and avalanche fluctuations. We demonstrate a timing resolution for a single-photon pulse to be (128 ± 4) ps. Finally, coincidence analysis is employed to measure external (pixel-to-pixel) optical crosstalk. We present a map of the average external crosstalk probability between 2×4 groups of SiPMs, as well as the in-situ timing characteristics extracted from the coincidence analysis. Further work is needed to characterize the performance of the camera at reconstructing single- and double-site interactions, as well as image reconstruction.