STEFANO PIACENTINI

Dottore di ricerca

ciclo: XXXIV



Titolo della tesi: Search for low-mass dark matter with direct detection experiments

The present thesis, in the context of the direct detection of dark matter, focuses on the search for low mass dark matter candidates. We set the most stringent bound on the dark matter spin independent cross section in the GeV/c^2 mass range using the DarkSide-50 experiment. We extend the bound of the experiment in the sub-GeV region thanks to the exploitation of the Migdal effect. Finally, we investigate the possibility of measuring such an effect with the CYGNO experimental approach. At present, dark matter is only known via gravitational effects and its nature, e.g. its interactions with ordinary matter or its mass, has not yet been discovered. The search for dark matter weakly interacting massive particles with noble liquids has probed masses down and below a GeV/c^2. Detecting the scattering of dark matter particles in the sub-GeV ``low mass'' range is a challenging task, since, in this mass region, the typical energy transfer is below the experimental threshold. However, the nuclear recoils induced by dark matter particles interacting in the detector can be followed by the excitation and ionization of the recoiling atom, the Migdal effect. We improve the preliminary results of the 2018 DarkSide-50 analysis thanks to a refined detector response model, data selection, and background model. We develop an innovative analysis tool in the Bayesian approach that is able to reproduce the detector response in a semi analytical way. As a result of the analysis, the DarkSide-50 observed sensitivity turns out to be the world's best sensitivity in the m_{DM} = [0.7,4.7] GeV/c^2 mass region, being able to exclude at 90\% credible interval a dark matter spin independent (SI) cross-section sigma_{DM}^{SI} = 2.1 x 10^{-43} cm^2 at m_{DM} = 4.5 GeV/c^2. We compute the rate of the so-called Migdal effect for hydrogen, helium and for argon atoms: thanks to the inclusion of this effect, the sensitivity of DarkSide-50 can be extended to lower masses, down to 60 MeV/c^2, where the experiment has currently the strongest sensitivity. Up to this day, the Migdal effect has been measured only in alpha and beta decays, and its verification in nuclear scattering would be a strong confirmation of the results obtained by the direct detection experiments. For this purpose, we investigate the possibility of measuring the Migdal effect induced by a neutron source with a prototype of the CYGNO experiment. With its light target atoms and great 3D position resolution, CYGNO will be a complementary experiment with respect to DarkSide, being able to access the direction of the nuclear scatterings and potentially distinguish the dark matter induced recoils from the irreducible neutrino coherent scattering background.

Produzione scientifica

11573/1688412 - 2023 - Noise assessment of CMOS active pixel sensors for the CYGNO Experiment
Almeida, B D; Amaro, F D; Antonietti, R; Baracchini, E; Benussi, L; Bianco, S; Borra, F; Capoccia, C; Caponero, M; Cardoso, D S; Cavoto, G; Costa, I A; D’Imperio, G; Danè, E; Dho, G; Di Giambattista, F; Di Marco, E; Iacoangeli, F; Kemp, E; Lima Júnior, H P; P Lopes, G S; Maccarrone, G; P Mano, R D; Marcelo Gregorio, R R; G Marques, D J; Mazzitelli, G; Mclean, A G; Meloni, P; Messina, A; Monteiro, C M B; Nobrega, R A; Pains, I F; Paoletti, E; Passamonti, L; Petrucci, F; Piacentini, S; Piccolo, D; Pierluigi, D; Pinci, D; Prajapati, A; Renga, F; D C Roque, R J; Rosatelli, F; Russo, A; Saviano, G; C Spooner, N J; Tesauro, R; Tomassini, S; Torelli, S; Tozzi, D; F Dos Santos, J M - 01a Articolo in rivista
rivista: MEASUREMENT SCIENCE & TECHNOLOGY (IOP Publishing Limited:Dirac House, Temple Back, Bristol BS1 6BE United Kingdom:011 44 117 9297481, EMAIL: custserv@iop.org, INTERNET: http://www.iop.org, Fax: 011 44 117 9294318) pp. - - issn: 0957-0233 - wos: WOS:001065498600001 (0) - scopus: 2-s2.0-85173083446 (0)

11573/1688534 - 2023 - Directional iDBSCAN to detect cosmic-ray tracks for the CYGNO experiment
Amaro, F D; Antonietti, R; Baracchini, E; Benussi, L; Bianco, S; Borra, F; Capoccia, C; Caponero, M; Cardoso, D S; Cavoto, G; Costa, I A; D’Imperio, G; Danè, E; Dho, G; Di Giambattista, F; Di Marco, E; Iacoangeli, F; Kemp, E; Lima Júnior, H P; Lopes, G S P; Maccarrone, G; Mano, R D P; Marcelo Gregorio, R R; Marques, D J G; Mazzitelli, G; Mclean, A G; Meloni, P; Messina, A; Monteiro, C M B; Nobrega, R A; Pains, I F; Paoletti, E; Passamonti, L; Petrucci, F; Piacentini, S; Piccolo, D; Pierluigi, D; Pinci, D; Prajapati, A; Renga, F; Roque, R J D C; Rosatelli, F; Russo, A; Saviano, G; Spooner, N J C; Tesauro, R; Tomassini, S; Torelli, S; Tozzi, D; Dos Santos, J M F - 01a Articolo in rivista
rivista: MEASUREMENT SCIENCE & TECHNOLOGY (IOP Publishing Limited:Dirac House, Temple Back, Bristol BS1 6BE United Kingdom:011 44 117 9297481, EMAIL: custserv@iop.org, INTERNET: http://www.iop.org, Fax: 011 44 117 9294318) pp. - - issn: 0957-0233 - wos: WOS:001060822200001 (0) - scopus: 2-s2.0-85171151407 (0)

11573/1688753 - 2023 - The CYGNO experiment: a directional Dark Matter detector with optical readout
Amaro, F. D.; Antonietti, R.; Baracchini, E.; Benussi, L.; Bianco, S.; Borra, F.; Capoccia, C.; Caponero, M.; Cardoso, D. S.; Cavoto, G.; Costa, I. A.; D'imperio, G.; Dané, E.; Dho, G.; Di Giambattista, F.; Di Marco, E.; Iacoangeli, F.; Kemp, E.; Lima Junior, H. P.; Lopes, G. S. P.; Maccarrone, G.; Mano, R. D. P.; Marcelo Gregorio, R. R.; Marques, D. J. G.; Mazzitelli, G.; Mclean, A. G.; Meloni, P.; Messina, A.; Monteiro, C. M. B.; Nobrega, R. A.; Pains, I. F.; Paoletti, E.; Passamonti, L.; Pelosi, S.; Petrucci, F.; Piacentini, S.; Piccolo, D.; Pierluigi, D.; Pinci, D.; Prajapati, A.; Renga, F.; Roque, R. J. D. C.; Rosatelli, F.; Russo, A.; Saviano, G.; Spooner, N. J. C.; Tesauro, R.; Tomassini, S.; Torelli, S.; Tozzi, D.; Dos Santos, J. M. F.; Da Silva Lopes Júnior, A. - 01a Articolo in rivista
rivista: JOURNAL OF INSTRUMENTATION (Bristol : IOP Publishing Ltd, 2006-) pp. C09010- - issn: 1748-0221 - wos: WOS:001101133500003 (1) - scopus: 2-s2.0-85173114054 (1)

11573/1690659 - 2023 - A 50 l Cygno prototype overground characterization
Amaro, Fernando Domingues; Antonietti, Rita; Baracchini, Elisabetta; Benussi, Luigi; Bianco, Stefano; Borra, Francesco; Capoccia, Cesidio; Caponero, Michele; Cardoso, Danilo Santos; Cavoto, Gianluca; Costa, Igor Abritta; Dané, Emiliano; Dho, Giorgio; Di Giambattista, Flaminia; Di Marco, Emanuele; D’Imperio, Giulia; Dos Santos, Joaquim Marques Ferreira; Di Cortona, Giovanni Grilli; Iacoangeli, Francesco; Kemp, Ernesto; Júnior, Herman Pessoa Lima; Lopes, Guilherme Sebastiao Pinheiro; Júnior, Amaro Da Silva Lopes; Maccarrone, Giovanni; Mano, Rui Daniel Passos; Gregorio, Robert Renz Marcelo; Marques, David José Gaspar; Mazzitelli, Giovanni; Mclean, Alasdair Gregor; Meloni, Pietro; Messina, Andrea; Monteiro, Cristina Maria Bernardes; Nobrega, Rafael Antunes; Pains, Igor Fonseca; Paoletti, Emiliano; Passamonti, Luciano; Pelosi, Sandro; Petrucci, Fabrizio; Piacentini, Stefano; Piccolo, Davide; Pierluigi, Daniele; Pinci, Davide; Prajapati, Atul; Renga, Francesco; Roque, Rita Cruz; Rosatelli, Filippo; Russo, Alessandro; Saviano, Giovanna; Spooner, Neil John Curwen; Tesauro, Roberto; Tomassini, Sandro; Torelli, Samuele; Tozzi, Donatella - 01a Articolo in rivista
rivista: EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS (Heidelberg ; Berlin : Springer) pp. - - issn: 1434-6052 - wos: WOS:001087718300003 (1) - scopus: 2-s2.0-85174593862 (1)

11573/1674521 - 2023 - LIME. A gas TPC prototype for directional Dark Matter search for the CYGNO experiment
Amaro, Fernando Domingues; Baracchini, Elisabetta; Benussi, Luigi; Bianco, Stefano; Capoccia, Cesidio; Caponero, Michele; Cardoso, Danilo Santos; Cavoto, Gianluca; Cortez, André; Costa, Igor Abritta; Dané, Emiliano; Dho, Giorgio; Di Giambattista, Flaminia; Di Marco, Emanuele; D’Imperio, Giulia; Iacoangeli, Francesco; Júnior, Herman Pessoa Lima; Lopes, Guilherme Sebastiao Pinheiro; Maccarrone, Giovanni; Mano, Rui Daniel Passos; Gregorio, Robert Renz Marcelo; Marques, David José Gaspar; Mazzitelli, Giovanni; Mclean, Alasdair Gregor; Messina, Andrea; Monteiro, Cristina Maria Bernardes; Nobrega, Rafael Antunes; Pains, Igor Fonseca; Paoletti, Emiloano; Passamonti, Luciano; Pelosi, Sandro; Petrucci, Fabrizio; Piacentini, Stefano; Piccolo, Davide; Pierluigi, Daniele; Pinci, Davide; Prajapati, Atul; Renga, Francesco; Da Cruz Roque, Rita Joanna; Rosatelli, Filippo; Russo, Alessandro; Dos Santos, Joaquim Marques Ferreira; Saviano, Giovanna; Spooner, Neil John Curwen; Tesauro, Roberto; Tommasini, Sandro; Torelli, Samuele - 01a Articolo in rivista
rivista: NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH. SECTION A, ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT (Elsevier BV:PO Box 211, 1000 AE Amsterdam Netherlands:011 31 20 4853757, 011 31 20 4853642, 011 31 20 4853641, EMAIL: nlinfo-f@elsevier.nl, INTERNET: http://www.elsevier.nl, Fax: 011 31 20 4853598) pp. - - issn: 0168-9002 - wos: WOS:001041613100001 (0) - scopus: 2-s2.0-85150904861 (0)

11573/1681502 - 2023 - The CYGNO experiment, a directional detector for direct Dark Matter searches
Amaro, Fernando Domingues; Baracchini, Elisabetta; Benussi, Luigi; Bianco, Stefano; Capoccia, Cesidio; Caponero, Michele; Cardoso, Danilo Santos; Cavoto, Gianluca; Cortez, André; Costa, Igor Abritta; Dané, Emiliano; Dho, Giorgio; Di Giambattista, Flaminia; Di Marco, Emanuele; D’Imperio, Giulia; Iacoangeli, Francesco; Lima, Herman Pessoa; Lopes, Guilherme Sebastiao Pinheiro; Maccarrone, Giovanni; Mano, Rui Daniel Passos; Gregorio, Robert Renz Marcelo; Marques, David José Gaspar; Mazzitelli, Giovanni; Mclean, Alasdair Gregor; Messina, Andrea; Monteiro, Cristina Maria Bernardes; Nobrega, Rafael Antunes; Pains, Igor Fonseca; Paoletti, Emiloano; Passamonti, Luciano; Pelosi, Sandro; Petrucci, Fabrizio; Piacentini, Stefano; Piccolo, Davide; Pierluigi, Daniele; Pinci, Davide; Prajapati, Atul; Renga, Francesco; Da Cruz Roque, Rita Joanna; Rosatelli, Filippo; Russo, Alessandro; Dos Santos, Joaquim Marques Ferreira; Saviano, Giovanna; Spooner, Neil John Curwen; Tesauro, Roberto; Tommasini, Sandro; Torelli, Samuele - 01a Articolo in rivista
rivista: NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH. SECTION A, ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT (Elsevier BV:PO Box 211, 1000 AE Amsterdam Netherlands:011 31 20 4853757, 011 31 20 4853642, 011 31 20 4853641, EMAIL: nlinfo-f@elsevier.nl, INTERNET: http://www.elsevier.nl, Fax: 011 31 20 4853598) pp. - - issn: 0168-9002 - wos: WOS:001058243300001 (0) - scopus: 2-s2.0-85161325387 (0)

11573/1605407 - 2022 - The CYGNO Experiment
Amaro, Fernando Domingues; Baracchini, Elisabetta; Benussi, Luigi; Bianco, Stefano; Capoccia, Cesidio; Caponero, Michele; Cardoso, Danilo Santos; Cavoto, Gianluca; Cortez, André; Costa, Igor Abritta; Roque, Rita Joanna Da Cruz; Dané, Emiliano; Dho, Giorgio; Di Giambattista, Flaminia Di; Di Marco, Emanuele Di; Grilli Di Cortona, Giovanni Grilli Di; D’Imperio, Giulia; Iacoangeli, Francesco; Lima Júnior, Herman Pessoa Lima; Pinheiro Lopes, Guilherme Sebastiao Pinheiro; Lopes Júnior, Amaro Da Silva Lopes; Maccarrone, Giovanni; Mano, Rui Daniel Passos; Marafini, Michela; Marcelo Gregorio, Robert Renz Marcelo; Marques, David José Gaspar; Mazzitelli, Giovanni; Mclean, Alasdair Gregor; Messina, Andrea; Bernardes Monteiro, Cristina Maria Bernardes; Nobrega, Rafael Antunes; Pains, Igor Fonseca; Paoletti, Emiliano; Passamonti, Luciano; Pelosi, Sandro; Petrucci, Fabrizio; Piacentini, Stefano; Piccolo, Davide; Pierluigi, Daniele; Pinci, Davide; Prajapati, Atul; Renga, Francesco; Rosatelli, Filippo; Russo, Alessandro; Dos Santos, Joaquim; Saviano, Giovanna; Spooner, Neil John Curwen; Tesauro, Roberto; Tomassini, Sandro; Torelli, Samuele - 01a Articolo in rivista
rivista: INSTRUMENTS (Basel : MDPI AG, 2016-) pp. 6- - issn: 2410-390X - wos: (0) - scopus: 2-s2.0-85124484968 (15)

11573/1603630 - 2022 - The Cygno Experiment
Cavoto, G.; Messina, A.; Piacentini, Stefano; Saviano, G. - 04c Atto di convegno in rivista
rivista: POS PROCEEDINGS OF SCIENCE (Trieste : Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) pp. - - issn: 1824-8039 - wos: (0) - scopus: (0)
congresso: EPS-HEP2021 (DESY)

11573/1660666 - 2022 - Exploiting INFN-Cloud to implement a Cloud solution to support the CYGNO computing model
Costa, Igor Abritta; Amaro, F. D.; Antonacci, M.; Baracchini, E.; Benussi, L.; Bianco, S.; Capoccia, C.; Caponero, M.; Cardoso, D. S.; Cavoto, G.; Ciangottini, D.; Cortez, A.; Costa, I. A.; D'imperio, G.; Dane, E.; Dho, G.; Di Giambattista, F.; Di Marco, E.; Duma, C.; Iacoangeli, F.; Lima Júnior, H. P.; Lopes, G. S. P.; Maccarrone, G.; Mano, R. D. P.; Marafini, M.; Marcelo Gregorio, R. R.; Marques, D. J. G.; Mazzitelli, G.; Mclean, A. G.; Messina, A.; Monteiro, C. M. B.; Nobrega, R. A.; Pains, I. F.; Paoletti, E.; Passamonti, L.; Pelosi, S.; Petrucci, F.; Piacentini, S.; Piccolo, D.; Pierluigi, D.; Pinci, D.; Prajapati, A.; Renga, F.; Rodano, A.; Roque, R. J. C.; Rosatelli, F.; Russo, A.; Saviano, G.; Spiga, D.; Spooner, N. J. C.; Stanlio, S.; Tesauro, R.; Tomassini, S.; Torelli, S.; Tracolli, M.; Dos Santos, J. M. F. - 04c Atto di convegno in rivista
rivista: POS PROCEEDINGS OF SCIENCE (Trieste : Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) pp. - - issn: 1824-8039 - wos: (0) - scopus: 2-s2.0-85139828504 (1)
congresso: International symposium on grids & clouds 2022, ISGC2022 (Taipei; Taiwan)

11573/1656940 - 2022 - 50 litres TPC with sCMOS-based optical readout for the CYGNO project
Mazzitelli, G.; Domingues, F. Amaro; Baracchini, E.; Benussi, L.; Bianco, S.; Capoccia, C.; Caponero, M.; Cardoso, D. Santos; Cavoto, G.; Cortez, A.; Costa, I. Abritta; Dané, E.; Dho, G.; Giambattista, F. Di; Marco, E. Di; D’Imperio, G.; Iacoangeli, F.; Júnior, H. Pessoa Lima; Lopes, G. Sebastiao Pinheiro; Maccarrone, G.; Mano, R. Daniel Passos; Gregorio, R. Renz Marcelo; Marques, D. José Gaspar; Mclean, A. Gregor; Messina, A.; Monteiro, C. Maria Bernardes; Nobrega, R. Antunes; Pains, I. Fonseca; Paoletti, E.; Passamonti, L.; Pelosi, S.; Petrucci, F.; Piacentini, S.; Piccolo, D.; Pierluigi, D.; Pinci, D.; Prajapati, A.; Renga, F.; Riggio, C.; Rodano, A.; Da Cruz Roque, R. Joana; Rosatelli, F.; Russo, A.; Santos, J. Marques Ferreira Dos; Saviano, G.; Spooner, N. John Curwen; Tesauro, R.; Tomassini, S.; Torelli, S.; Tozzi, D. - 01a Articolo in rivista
rivista: NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH. SECTION A, ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT (Elsevier BV:PO Box 211, 1000 AE Amsterdam Netherlands:011 31 20 4853757, 011 31 20 4853642, 011 31 20 4853641, EMAIL: nlinfo-f@elsevier.nl, INTERNET: http://www.elsevier.nl, Fax: 011 31 20 4853598) pp. - - issn: 0168-9002 - wos: WOS:000922745300005 (1) - scopus: 2-s2.0-85140313111 (2)

11573/1561854 - 2021 - Directional dark matter searches with CYGNO
Amaro, Fernando Domingues; Baracchini, Elisabetta; Benussi, Luigi; Bianco, Stefano; Capoccia, Cesidio; Caponero, Michele; Cavoto, Gianluca; Cortez, André; Costa, Igor Abritta; Dané, Emiliano; Dho, Giorgio; Di Marco, Emanuele; D’Imperio, Giulia; Di Giambattista, Flaminia; Gregorio, Robert R. M.; Iacoangeli, Francesco; Lima Júnior, Herman Pessoa; Silva Lopes Júnior, Amaro Da; Maccarrone, Giovanni; Mano, Rui Daniel Passos; Marafini, Michela; Mazzitelli, Giovanni; Mclean, Alasdair G.; Messina, Andrea; Bernardes Monteiro, Cristina Maria; Nobrega, Rafael Antunes; Pains, Igor Fonseca; Paoletti, Emiliano; Passamonti, Luciano; Pelosi, Sandro; Petrucci, Fabrizio; Piacentini, Stefano; Piccolo, Davide; Pierluigi, Daniele; Pinci, Davide; Prajapati, Atul; Renga, Francesco; Cruz Roque, Rita Joana Da; Rosatelli, Filippo; Russo, Andrea; Santos, Joaquim Marques Ferreira Dos; Saviano, Giovanna; Spooner, Neil; Tesauro, Roberto; Tomassini, Sandro; Torelli, Samuele - 01a Articolo in rivista
rivista: PARTICLES (Basel : MDPI AG) pp. 343-353 - issn: 2571-712X - wos: WOS:000703065800001 (2) - scopus: 2-s2.0-85129451689 (3)

11573/1456367 - 2020 - Migdal effect and photon Bremsstrahlung: improving the sensitivity to light dark matter of liquid argon experiments
Grilli Di Cortona, Giovanni; Messina, Andrea; Piacentini, Stefano - 01a Articolo in rivista
rivista: JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS (Societa Italiana di Fisica:Via Saragozza 12 Subs Service, I 40123 Bologna Italy:011 39 051 331554, EMAIL: sif@sif.it, INTERNET: http://www.sif.it, Fax: 011 39 051 581340 SISSA, Scuola internazionale superiore di studi avanzati) pp. - - issn: 1029-8479 - wos: WOS:000593731400002 (34) - scopus: 2-s2.0-85095758088 (35)

11573/1409697 - 2020 - Annual modulations from secular variations: not relaxing DAMA?
Messina, A.; Nardecchia, M.; Piacentini, S. - 01a Articolo in rivista
rivista: JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS (Pubblicata da IOP PUBLISHING LTD, DIRAC HOUSE, TEMPLE BACK, BRISTOL, ENGLAND, BS1 6BE) pp. 037-037 - issn: 1475-7516 - wos: WOS:000531476300038 (8) - scopus: 2-s2.0-85084410878 (7)

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