We report results from searches for new physics with low-energy electronic recoil data recorded with the XENON1T detector. With an exposure of 0.65 tonne-years and an unprecedentedly low background rate of 76±2stat events/(tonne×year×keV) between 1 and 30 keV, the data enable one of the most sensitive searches for solar axions, an enhanced neutrino magnetic moment using solar neutrinos, and bosonic dark matter. An excess over known backgrounds is observed at low energies and most prominent between 2 and 3 keV. The solar axion model has a 3.4σ significance, and a three-dimensional 90% confidence surface is reported for axion couplings to electrons, photons, and nucleons. This surface is inscribed in the cuboid defined by gae<3.8×10−12, gaegeffan<4.8×10−18, and gaegaγ<7.7×10−22 GeV−1, and excludes either gae=0 or gaegaγ=gaegeffan=0. The neutrino magnetic moment signal is similarly favored over background at 3.2σ, and a confidence interval of μν∈(1.4,2.9)×10−11 μB (90% C.L.) is reported. Both results are in strong tension with stellar constraints. The excess can also be explained by β decays of tritium at 3.2σ significance with a corresponding tritium concentration in xenon of (6.2±2.0)×10−25 mol/mol. Such a trace amount can neither be confirmed nor excluded with current knowledge of its production and reduction mechanisms. The significances of the solar axion and neutrino magnetic moment hypotheses are decreased to 2.0σ and 0.9σ, respectively, if an unconstrained tritium component is included in the fitting. With respect to bosonic dark matter, the excess favors a monoenergetic peak at (2.3±0.2) keV (68% C.L.) with a 3.0σ global (4.0σ local) significance over background. This analysis sets the most restrictive direct constraints to date on pseudoscalar and vector bosonic dark matter for most masses between 1 and 210 keV/c2. We also consider the possibility that 37Ar may be present in the detector, yielding a 2.82 keV peak from electron capture. Contrary to tritium, the 37Ar concentration can be tightly constrained and is found to be negligible.8 MoreReceived 30 June 2020Accepted 16 September 2020DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.102.072004Published 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 AreasAxionsBeta decayMagnetic momentParticle astrophysicsParticle dark matterSolar neutrinosTechniquesDark matter detectorsMulti-purpose particle detectorsParticles & FieldsNuclear Physics

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

XENONnT is a dark matter direct detection experiment, utilizing 5.9 t of instrumented liquid xenon, located at the INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso. In this work, we predict the experimental background and project the sensitivity of XENONnT to the detection of weakly interacting massive particles (WIMPs). The expected average differential background rate in the energy region of interest, corresponding to (1, 13) keV and (4, 50) keV for electronic and nuclear recoils, amounts to $12.3 \pm 0.6$ (keV t y)$^{-1}$ and $(2.2\pm 0.5)\times 10^{-3}$ (keV t y)$^{-1}$, respectively, in a 4 t fiducial mass. We compute unified confidence intervals using the profile construction method, in order to ensure proper coverage. With the exposure goal of 20 t$\,$y, the expected sensitivity to spin-independent WIMP-nucleon interactions reaches a cross-section of $1.4\times10^{-48}$ cm$^2$ for a 50 GeV/c$^2$ mass WIMP at 90% confidence level, more than one order of magnitude beyond the current best limit, set by XENON1T. In addition, we show that for a 50 GeV/c$^2$ WIMP with cross-sections above $2.6\times10^{-48}$ cm$^2$ ($5.0\times10^{-48}$ cm$^2$) the median XENONnT discovery significance exceeds 3$\sigma$ (5$\sigma$). The expected sensitivity to the spin-dependent WIMP coupling to neutrons (protons) reaches $2.2\times10^{-43}$ cm$^2$ ($6.0\times10^{-42}$ cm$^2$).

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.

We present the first measurement of nuclear recoils from solar $^8$B neutrinos via coherent elastic neutrino-nucleus scattering with the XENONnT dark matter experiment. The central detector of XENONnT is a low-background, two-phase time projection chamber with a 5.9 t sensitive liquid xenon target. A blind analysis with an exposure of 3.51 t$\times$yr resulted in 37 observed events above 0.5 keV, with ($26.4^{+1.4}_{-1.3}$) events expected from backgrounds. The background-only hypothesis is rejected with a statistical significance of 2.73 $\sigma$. The measured $^8$B solar neutrino flux of $(4.7_{-2.3}^{+3.6})\times 10^6 \mathrm{cm}^{-2}\mathrm{s}^{-1}$ is consistent with results from the Sudbury Neutrino Observatory. The measured neutrino flux-weighted CE$\nu$NS cross section on Xe of $(1.1^{+0.8}_{-0.5})\times10^{-39} \mathrm{cm}^2$ is consistent with the Standard Model prediction. This is the first direct measurement of nuclear recoils from solar neutrinos with a dark matter detector.

In the context of energy conversion from renewable sources to distribution grids (insulated or not), a converter is often required to transfer energy from a low voltage source towards three-phase grids. This paper presents the HW design, the simulation results, and the conversion performance of a CSI converter intended to interface low-voltage renewable sources to three-phase grids. The main focus of this paper is to obtain the best performance in terms of voltage increase towards the output stage while maximizing the conversion efficiency. In comparison with the currently used energy conversion systems for small photovoltaic systems, hereafter some solutions were adopted to level and maximize the energy flow from the source to the DC-link and improve the quality of current supplied in terms of harmonic distortion. The proposed system is composed of two conversion stages: the first, voltage-to-current, the second current-to-current via a three-phase CSI bridge modulated with the SVM technique. The stages are not completely decoupled from an electrical point of view; therefore, in order to mitigate the effects of these interactions, synchronization strategies have been adopted.