We report on a search for weakly interacting massive particles (WIMPs) using 278.8 days of data collected with the XENON1T experiment at LNGS. XENON1T utilizes a liquid xenon time projection chamber with a fiducial mass of (1.30±0.01) ton, resulting in a 1.0 ton yr exposure. The energy region of interest, [1.4,10.6] keV_{ee} ([4.9,40.9] keV_{nr}), exhibits an ultralow electron recoil background rate of [82_{-3}^{+5}(syst)±3(stat)] events/(ton yr keV_{ee}). No significant excess over background is found, and a profile likelihood analysis parametrized in spatial and energy dimensions excludes new parameter space for the WIMP-nucleon spin-independent elastic scatter cross section for WIMP masses above 6 GeV/c^{2}, with a minimum of 4.1×10^{-47} cm^{2} at 30 GeV/c^{2} and a 90% confidence level.

We report constraints on light dark matter (DM) models using ionization signals in the XENON1T experiment. We mitigate backgrounds with strong event selections, rather than requiring a scintillation signal, leaving an effective exposure of (22±3) tonne day. Above ∼0.4 keVee, we observe <1 event/(tonne day keVee), which is more than 1000 times lower than in similar searches with other detectors. Despite observing a higher rate at lower energies, no DM or CEvNS detection may be claimed because we cannot model all of our backgrounds. We thus exclude new regions in the parameter spaces for DM-nucleus scattering for DM masses mχ within 3–6 GeV/c2, DM-electron scattering for mχ>30 MeV/c2, and absorption of dark photons and axionlike particles for mχ within 0.186–1 keV/c2.Received 29 July 2019Revised 7 November 2019DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.251801Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI. Funded by SCOAP3.Published by the American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasDark matterParticle dark matterPhysical SystemsWeakly interacting massive particlesTechniquesDark matter detectorsTime-projection chambersGravitation, Cosmology & AstrophysicsParticles & Fields

We report the first experimental results on spin-dependent elastic weakly interacting massive particle (WIMP) nucleon scattering from the XENON1T dark matter search experiment. The analysis uses the full ton year exposure of XENON1T to constrain the spin-dependent proton-only and neutron-only cases. No significant signal excess is observed, and a profile likelihood ratio analysis is used to set exclusion limits on the WIMP-nucleon interactions. This includes the most stringent constraint to date on the WIMP-neutron cross section, with a minimum of 6.3×10^{-42} cm^{2} at 30 GeV/c^{2} and 90% confidence level. The results are compared with those from collider searches and used to exclude new parameter space in an isoscalar theory with an axial-vector mediator.

Direct dark matter detection experiments based on a liquid xenon target are leading the search for dark matter particles with masses above $\sim$ 5 GeV/c$^2$, but have limited sensitivity to lighter masses because of the small momentum transfer in dark matter-nucleus elastic scattering. However, there is an irreducible contribution from inelastic processes accompanying the elastic scattering, which leads to the excitation and ionization of the recoiling atom (the Migdal effect) or the emission of a Bremsstrahlung photon. In this letter, we report on a probe of low-mass dark matter with masses down to about 85 MeV/c$^2$ by looking for electronic recoils induced by the Migdal effect and Bremsstrahlung, using data from the XENON1T experiment. Besides the approach of detecting both scintillation and ionization signals, we exploit an approach that uses ionization signals only, which allows for a lower detection threshold. This analysis significantly enhances the sensitivity of XENON1T to light dark matter previously beyond its reach.