Semiconductor Probes of Light Dark Matter
质量低于1 GeV的暗物质在传统的直接探测实验中基本上是不可观测的。然而,新提出的技术将允许检测半导体材料中的单电子事件,其阈值显著降低。这将允许探测质量为MeV的暗物质。与其他检测技术相比,半导体由于其约eV的低电离能而允许增强的灵敏度。这种探测器对具有电和磁偶极矩的暗物质特别敏感,其范围超过电流范围许多数量级。可观测到的偶极矩相互作用可以由质量高达1000 TeV的新粒子产生,这为当前对撞机无法达到的尺度提供了一个窗口。
2012-11-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Even Lighter Particle Dark Matter
我们报告的最新进展,在寻找暗物质粒子的质量从1兆电子伏至1电子伏。在这个质量范围内的几个暗物质候选者有望在直接探测实验中产生可测量的电子反冲信号。我们专注于暗物质粒子散射与电子在半导体探测器,因为他们基本上是最高的灵敏度,由于其低电离阈值。电荷耦合器件(CCD)硅探测器是领先的技术,预计在未来几年将取得重大进展。我们目前的CCD计划的状态,并简要报告其他努力。
2022-12-30 astro-ph.CO hep-ex
Monthly Modulation in Dark Matter Direct-Detection Experiments
在暗物质直接探测实验中,由于地球相对于银河系暗物质晕的运动,信号应该表现出调制特征。由于地球绕太阳公转和绕自身轴自转,年调制和日调制以前已经被探索过。月调制是直接探测信号中存在的另一个这样的特征,并且提供了一种几乎独立于模型的方法来区分暗物质信号事件和背景。在这里,我们研究每月调制详细的WIMP和WISP暗物质搜索,检查地球的运动的影响,地球的地月重心和引力聚焦由于月球。对于WIMP搜索,我们计算了计数率的每月调制,并显示其影响太小,在可预见的未来无法观察到。对于WISP暗物质的实验,我们表明,由WISP光子转换产生的光子的频率进行每月调制的转变,这是检测与当前的技术,一般不能被忽略在高分辨率的WISP搜索。
2016-06-19 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Dark Matter-Electron Scattering Search Using Cryogenic Light Detectors
本文提出利用CSC(低温闪烁量热器)技术,通过在毫开尔文温度下测量闪烁光,使用具有eV/sub-eV能量分辨率的低温光探测器阵列搜寻暗物质-电子散射,并给出了初步灵敏度预测。
2024-10-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The CDEX Dark Matter Program at the China Jinping Underground Laboratory
中国锦屏地下实验室(CJPL)是一个进行低事件率实验的新设施。我们提出了一个概述CJPL和CDEX暗物质计划的基础上锗探测器与亚千电子伏的灵敏度。报告了所取得的成果、现状以及为进行吨级试验而进行的研发和技术获取工作。
2016-02-08 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
A Dark Matter Probe in Accreting Pulsar-Black Hole Binaries
提出基于吸积脉冲星-黑洞双星的暗物质探针,通过高精度测量暗物质吸积进入黑洞引起的双星轨道相移,帮助排除暗物质模型并研究其本质。
2023-09-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Hunt for Light Primordial Black Hole Dark Matter with Ultra-High-Frequency Gravitational Waves
在我们的宇宙中,亮的原始黑洞可能是暗物质的主要组成部分。本文批判性地评估了计划中的和未来的超高频引力波探测器是否可以限制太阳下原始黑洞组成的暗物质的比例。采用最先进的描述原始黑洞合并率,我们比较各种信号与目前运行和计划的探测器。正如已经在文献中指出,我们的研究结果证实,检测个人原始黑洞合并与目前现有的和操作的建议仍然很困难。目前的建议涉及引力波到电磁波转换在静磁场和微波腔的特点是技术差距,相对于最响亮的引力波信号从原始黑洞的各种数量级。然而,我们指出,最近的一项建议,涉及谐振LC电路代表了最好的选择,在范围$(1÷100) \, \text{MHz}$的个人合并检测的前景。在相同的频率范围内,我们注意到,替代设置涉及谐振腔,其概念目前正在开发中,可能是一个有前途的技术来检测个别合并事件。我们还表明,检测的随机引力波背景产生的未解决的二进制是可能的,只有当所提出的高斯光束探测器的理论灵敏度达到。这样一个探测器,其可行性受到各种警告,可能能够排除一些小行星质量的原始黑洞暗物质的情况。我们的结论是,追求专门的研究和发展的引力波探测器在超高频波段仍然是有动机的,并可能导致新的探测器上存在的光原始黑洞。
2022-11-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Searching for Dark Matter with MeVCube
该研究评估了拟议立方星任务MeVCube对暗物质的发现潜力,发现其在多种暗物质模型下的探测能力远超现有限制,为通过非引力途径发现暗物质迈出重要一步。
2025-07-10 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Dark Matter Search with liquid Noble Gases
使用液态惰性气体氙和氩作为WIMP靶的暗物质探测器在过去十年中发展迅速,并将继续在该领域发挥重要作用。由于可以相对容易地将这些探测器缩放到更大的质量,稀有液体可能是实现具有吨级目标质量的探测器的第一种技术。本文概述了液态惰性气体暗物质探测器的基本概念,并对目前的实验现状进行了评述。
2012-06-11 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Direct Detection of Spin-(In)dependent Nuclear Scattering of Sub-GeV Dark Matter Using Molecular Excitations
我们提出了一种新的直接探测的概念,以寻找暗物质与100~keV到100~MeV的质量。这种暗物质可以散射气体中的分子,并转移其动能的$\mathcal{O}(1)$部分,以激发振动和旋转状态。激发的振转模式迅速弛豫,并产生壮观的多红外光子信号,这可以用超灵敏的光电探测器观察到。我们详细讨论了由一氧化碳分子组成的气体靶,即使在相对较低的温度和高蒸气压下也能有效地发射光子。发射的光子具有在180-meV至265-meV范围内的能量。通过将不同同位素的一氧化碳分子混合在一起,包括那些具有奇数中子的一氧化碳分子,我们获得了对与中子的自旋无关相互作用和自旋相关相互作用的灵敏度。我们还考虑氟化氢,溴化氢,氢化钪分子,其中每个提供与质子的自旋相关的相互作用的敏感性。所提出的探测概念可以用近期的技术实现,并允许探索新的暗物质参数空间的数量级。
2019-07-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Direct Dark Matter Search with XMASS-I
XMASS-I采用单相液态氙技术,旨在直接探测暗物质。探测器仅通过2英寸642光电倍增管观察闪烁光,光电倍增管以球形围绕有效体积放置。由于其大质量的目标和高的光电子产额,我们进行了搜索暗物质的年度调制与832公斤$\times$ 359.2天的数据曝光。我们在数据中没有发现调制信号,因此我们在WIMP质量为8 GeV/ $c^{2}$时将上限设置为4.3 $\times10^{-41} \rm{cm}^{2} $,这排除了解释的DAMA/LIBRA允许区域。
2015-11-24 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Metastable Nuclear Isomers as Dark Matter Accelerators
非弹性暗物质和强相互作用的暗物质不受直接探测实验的约束,因为它们都需要散射事件将能量从原子核传递到暗物质中,以便产生可观测的效应。我们建议测试这些情况下,通过寻找碰撞去激发亚稳核异构体的暗物质粒子。这些异构体的寿命与对$γ$ -和$β$ -跃迁的强烈抑制有关,通常由核跃迁的角动量的大差异抑制。暗物质的碰撞去激发是可能的,因为重的暗物质粒子可以与核进行动量交换,相当于核尺寸的倒数,从而提升了核跃迁的巨大角动量抑制。这种去激发可以通过寻找衰变异构体的直接效应来观察,或者通过在附近的常规暗物质检测器设置中激发的暗物质状态的再散射或衰变来观察。现有的核异构体来源,如天然存在的$^{180m}$ Ta,在核废料中衰变的铯中产生的$^{137m}$ Ba,来自医疗废物的$^{177m}$ Lu,以及来自能源储存部的$^{178m}$ Hf,可以与当前的暗物质探测器技术相结合,以寻找这类暗物质。
2020-07-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Spin Precession Experiments for Light Axionic Dark Matter
类轴子粒子是构成宇宙暗物质的有希望的候选者,但设计能够在其整个允许质量范围内检测它们的实验是具有挑战性的。一般来说,暗物质,特别是轴子状粒子和隐藏的光子,可以像$10^{-22} \;\rm{eV}$($\sim 10^{-8} \;\rm{Hz}$)一样轻,天体物理异常为最轻的质量("模糊暗物质")提供了动力。我们提出的实验技术直接检测轴子样暗物质的质量范围从大约$10^{-13} \;\rm{eV}$($\sim 10^2 \;\rm{Hz}$)到最低可能的质量。在这个范围内,这些类轴子粒子充当仅与自旋耦合的时间振荡磁场,引起诸如时间振荡扭矩和自旋进动频率的周期性变化等效应,其频率和方向由基础物理学设定。我们展示了如何使用现有的实验技术,包括扭转仪,原子磁力计和原子干涉测量这些信号可以测量。这些实验展示了强大的发现能力,这些实验的未来迭代能够推动几个数量级超过当前的天体物理学界限。
2018-04-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Is dark matter decaying ?
Swinburne University(斯威本科技大学)
通过比较重组时期和当前宇宙的物质密度参数,检验暗物质衰变假说,发现当前局部测量存在系统不确定性,但下一代观测技术将提供更清晰的检验。
2026-06-19 astro-ph.CO
Snowmass 2021 Dark Matter Complementarity Report
暗物质的基本性质是Snowmass 2021过程的中心主题,延伸到所有前沿。在过去的十年中,探测器技术、分析技术和理论建模的进步使新一代的实验和搜索成为可能,同时扩大了我们可以追求的候选人类型。在接下来的十年里,有很大的潜力可以改变我们对暗物质的理解。在下文中,我们概述了一个在前沿之间合作开发的发现路线图。一个强大的实验组合,深入研究,广泛搜索,并利用技术之间的互补性是解决这个复杂问题的关键,需要专业知识,结果和规划的所有前沿的斯诺马斯2021年的过程。
2022-11-15 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
DEPFET detectors for direct detection of MeV Dark Matter particles
暗物质的存在是无可争议的,而它的性质仍然是未知的。用一种新的未观测到的粒子来解释暗物质的存在是最有希望的可能解决方案之一。最近,MeV质量区域的暗物质候选者受到越来越多的关注。与几个GeV到几个TeV之间的质量区域相比,这个区域在实验上基本上是未探索的。我们讨论了应用RNDR DEPFET半导体探测器直接搜索暗物质的MeV质量区。我们提出的RNDR DEPFET器件的工作原理,并审查先前进行的原型测量所获得的性能。讨论了该技术作为暗物质探测器的未来潜力,并给出了RNDRDEPFET传感器探测MeV暗物质的灵敏度。在感兴趣的区域中的三个背景事件和1 kg $\cdot$ y的曝光的假设下,可以达到对于质量为10 MeV的暗物质粒子的$\barσ_{\bar{e}} = 10^{-41}$ cm $^{2}$的灵敏度。
2017-12-09 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
N-point correlations of dark matter tracers : Renormalization with univariate biasing and its O(f_{NL}) terms with bivariate biasing
本文推广了最近在(http://arxiv.org/abs/1212.0868v2)中提出的星系偏置模型的结果。在那篇论文中,作者概述了一个非常精确的数学框架来处理星系偏置理论。在这项工作中,我们扩展了组合技术,重新规范化示踪剂n点函数在其模型的单变量偏置。进一步证明了Barclay势的4点及更高点累积量不存在O(f_{NL})项.然后,我们使用这个观察,以提取所有的O(f_{NL})项的n点相关的示踪剂在他们的模型的二元偏置。
2015-12-04 astro-ph.CO gr-qc physics.data-an
Snowmass 2021 Cross Frontier Report: Dark Matter Complementarity (Extended Version)
本文概述了Snowmass 2021各前沿合作制定的暗物质发现路线图,强调利用技术互补性的强有力实验组合是解决暗物质问题的关键。
2024-07-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Illuminating the Dark Sector: Searching for new interactions between dark matter and dark energy
本论文针对ΛCDM模型中暗区本质不明及哈勃常数危机等问题,系统研究暗物质与暗能量可能存在新相互作用的扩展模型,旨在寻找暗区额外自由度的可观测特征。
2024-01-24 astro-ph.CO gr-qc