Markov Chain Monte Carlo analysis to constrain Dark Matter properties with directional detection
定向探测是一种很有前途的暗物质搜索策略。事实上，弱相互作用大质量粒子（WIMP）引起的反冲将呈现出朝向天鹅座的方向依赖性，而背景引起的反冲在银河系静止坐标系中表现出各向同性的分布。利用这些特征，甚至在一个相当大的背景下，它最近已经表明，从即将到来的定向探测器的数据可能会导致一个竞争性的排斥或一个结论性的发现，这取决于WIMP-核子截面的值。然而，通过使用WIMP信号与WIMP质量和当地WIMP速度分布的强烈依赖性，可以进一步利用这些即将到来的数据。使用马尔可夫链蒙特卡罗分析反冲事件，我们第一次展示了约束未知的WIMP参数的可能性，无论是从粒子物理（质量和截面）和星系晕（沿三轴的速度色散），导致非重子暗物质的识别。
2011-04-01 astro-ph.CO
Theoretical prospects for directional WIMP detection
直接探测具有方向灵敏度的暗物质是一个很有前途的概念，可以改善对弱相互作用大质量粒子的搜索。有了WIMP引起的核反冲方向的信息，人们就可以获得局部暗物质晕的全三维速度分布，从而为研究WIMP天体物理提供了一条潜在的途径。此外，WIMP反冲分布的独特角度特征提供了一个重要的判别中微子，目前代表了最终的背景，以直接检测实验。
2015-10-14 astro-ph.CO hep-ph
Aberration features in directional dark matter detection
地球围绕太阳的运动导致暗物质粒子到达地球的速度的大小和方向每年都发生变化，其方式类似于恒星光的畸变。在定向探测器中，弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的像差以一种依赖于地球轨道速度和WIMPs速度的局部星系分布的方式调制核反冲方向的图案。知道了前者，WIMP光行差可以提供关于后者的信息，除了是确认地球旋转和WIMP的外星起源的一种奇怪的方式。虽然观察完整的像差模式需要非常大的曝光量，但我们认为，平均反冲方向或特定立体角上的事件计数的年度变化可以用适度大的曝光量来检测。例如，被垂直于地球轨道的平面隔开的银河半球的积分计数将每年调制，导致银河半球年调制（GHAM）的幅度大于通常的非定向年调制。
2012-07-11 astro-ph.CO
Directional detection of galactic dark matter
定向探测是一种很有前途的暗物质搜索策略。利用太阳系围绕银河系中心通过暗物质晕的旋转，它可以显示WIMP事件的方向依赖性，这可能是识别真正的WIMP事件的有力工具。定向探测策略要求同时测量低能后坐力的能量和三维轨迹，这是目前所有定向探测器项目面临的共同挑战。
2012-07-04 astro-ph.CO
Probing light WIMPs with directional detection experiments
CoGeNT和CRESST WIMP直接探测实验最近观察到了过量的核反冲事件，而DAMA/LIBRA实验有长期存在的年度调制信号。有人认为，这些过剩可能是由于轻质量（m_chi ~ 5-10 GeV）的WIMP引起的。地球相对于银河系静止坐标系的运动导致了WIMP散射率的方向依赖性，提供了任何反冲过剩的银河系起源的强大信号。我们调查是否直接检测实验的方向灵敏度有可能观察到这种各向异性散射率的弹性散射光WIMP提出解释所观察到的过剩。我们发现，所需的反冲的数量从光WIMP在5西格玛意义上检测各向异性信号变化从7到超过190的目标核和能量阈值预期的定向探测器的集合。较小的数字来自于探测器只对最高速度的反冲敏感的配置，因此也是最各向异性的WIMP。然而，在这些情况下，阈值以上的事件率非常小，导致需要大量的实验暴露来积累即使是少量的事件。为了解释这种对WIMP速度分布尾部的敏感性，其形状并不为人所知，我们考虑了两个跨越可能性范围的示例性晕模型。我们还注意到，为了精确计算，必须对地球的轨道速度取平均值。我们发现，对于20 keV的能量阈值，在10^-4 pb的WIMP-质子截面上探测10 GeV的WIMP所需的辐照量约为10^3 kg/天，在计划的定向探测器的范围内。较低的WIMP质量需要较高的曝光和/或较低的能量阈值进行检测。
2012-10-08 astro-ph.CO hep-ph
Probing the Local Velocity Distribution of WIMP Dark Matter with Directional Detectors
我们探索定向核反冲探测器的能力，约束弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质的局部速度分布进行贝叶斯参数估计模拟反冲事件数据集。我们详细讨论了如何方向的信息，结合测量的反冲能谱，有助于打破退化的速度分布参数。我们还考虑了这样的可能性，即除了星系晕之外，还可能存在冷潮汐流或暗盘等速度结构。假设一个四氟化碳探测器与30千克年的曝光量，一个50 GeV的WIMP质量，和一个WIMP-核子自旋相关的横截面为0.001铅，我们表明，冷潮汐流的属性可能会受到很好的约束。然而，测量具有~50 km/s的低滞后速度的暗盘组件的参数可能是具有挑战性的，除非能量阈值得到改善。
2012-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Assessing the discovery potential of directional detection of Dark Matter
世界范围内都在致力于发展一种用于定向暗物质探测的大型TPC（时间投影室）。目前所有的项目都是为了实现一个独特的目标：通过利用弱相互作用大质量粒子（WIMP）引起的事件对天鹅座的预期方向依赖性来识别WIMP。然而，这种发现的证据需要仔细的统计数据处理。本文采用基于轮廓似然比检验统计量的频率论方法，讨论了未来方向检测器的发现潜力。这使我们能够估计暗物质探测的预期意义。此外，使用这个强大的测试统计，它是可能的传播天体物理和实验的不确定性，在确定一个给定的定向探测实验的发现潜力。这样，我们发现，30 kg. a CF $_4$定向实验在90% C. L.时可达到3 $σ$灵敏度。分别在最乐观和最悲观的情况下，对于WIMP-质子轴向截面，下降到$10^{-5}$ pb和$3.10^{-4}$ pb。
2012-02-03 astro-ph.CO
A review on the discovery reach of Dark Matter directional detection
对银河系暗物质的定向探测提供了一个独特的机会来识别弱相互作用大质量粒子（WIMP）事件。根据未知的WIMP-核子截面，定向探测可用于：排除暗物质，发现具有高意义的星系暗物质或限制WIMP和晕属性。本文综述了暗物质定向探测的发现范围。
2013-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Directional detection of Dark Matter
对银河系暗物质的定向探测是区分真实WIMP事件和背景事件的一种很有前途的搜索策略。然而，为了充分利用这种强大的检测方法，需要能够从观察到的反冲图中提取信息来识别WIMP信号。我们提出了一个全面的形式主义，使用基于地图的似然方法，允许恢复信号的主要传入方向，从而证明其银河系的起源，以及相应的意义。然后在（sigma_n，m_chi）平面中推导约束。
2010-04-14 astro-ph.CO
Directional Sensitivity In Light-Mass Dark Matter Searches With Single-Electron Resolution Ionization Detectors
提出了一种利用固态探测器对暗物质相互作用具有方向灵敏度的方法来探测来自星系源的低质量弱相互作用大质量粒子（WIMPs）。尽管有大量的文献用于具有方向灵敏度的大质量WIMP探测器，但没有可用的技术存在以覆盖质量范围<1 GeV的WIMP。我们认为，单电子分辨率的半导体探测器允许方向灵敏度，一旦正确校准。我们研究了常用的半导体材料对这些低质量WIMP相互作用的响应。
2018-03-19 astro-ph.CO cond-mat.mtrl-sci hep-ex
First Directional Dark Matter Limits from the MIMAC μ-TPC Detector
Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC), Université Grenoble Alpes, CNRS/IN2P3（亚原子物理与宇宙学实验室（LPSC），格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心/法国国家粒子物理研究所）；Centre de Physique des Particules de Marseille, IN2P3/CNRS and Université Aix-Marseille（马赛粒子物理中心，法国国家粒子物理研究所/法国国家科学研究中心，艾克斯-马赛大学）
利用MIMAC探测器在莫达讷地下实验室搜索定向暗物质，通过运行特定低压气体混合物重建核反冲三维轨迹，经数据分析比较信号与非源区域事件率，未在天鹅座方向发现事件过剩，设定了自旋相关的WIMP-质子截面上限。
2026-07-28 astro-ph.CO
Directional detection as a strategy to discover Galactic Dark Matter
对银河系暗物质的定向探测是区分真实WIMP事件和背景事件的一种很有前途的搜索策略。气体探测器和读出器的技术进步使得设计和建造竞争性实验成为可能。然而，为了充分利用这种强大的检测方法，需要能够从观察到的反冲图中提取信息来识别WIMP信号。我们提出了一个全面的形式主义，使用基于地图的似然方法，允许恢复信号的主要传入方向及其意义，从而证明其银河系的起源。这是一种盲分析，预期用于任何方向数据。约束推导（$σ_n, m_χ$）平面和系统的研究，以表明，使用这种分析工具，明确的暗物质检测可以实现大范围的曝光和背景水平。
2010-06-28 astro-ph.CO
Readout strategies for directional dark matter detection beyond the neutrino background
通过直接探测寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）面临着中微子-核相干散射的背景干扰。随着这些实验灵敏度的提高，如何最好地区分暗物质信号和中微子的问题将变得越来越重要。一种克服这种所谓的“中微子地板”的方法是利用中微子和暗物质引起的反冲所具有的方向性特征。我们表明，定向实验确实可以探测弱相互作用核子截面以下的中微子地板的灵敏度损失很小，由于中微子背景。特别是，我们发现在低WIMP质量（约6 GeV）时，定向探测器的发现极限比非定向极限低几个数量级。对于高WIMP质量（约100 GeV），非方向性的限制是克服了几个因素。此外，我们表明，即使是定向探测器，只能测量1-或2-维投影的3维反冲轨道，发现的潜力只减少了3倍。我们还表明，虽然定向探测器的实验局限性，如感官识别和有限的角分辨率，有不利影响的发现限制，它仍然是可能的，以克服最终的中微子背景所面临的非定向探测器。
2015-09-18 astro-ph.CO hep-ph
The median recoil direction as a WIMP directional detection signal
直接探测实验已经达到了探测暗物质WIMP所需的灵敏度。然而，证明一个假定的信号是由于WIMP，而不是背景，是一个主要的挑战。WIMP散射率的方向依赖性提供了一个潜在的WIMP“吸烟枪”。如果WIMP分布主要是平滑的，则银河反冲分布在与太阳运动方向相反的方向上达到峰值。先前的研究已经发现，对于理想的探测器，10阶WIMP事件将足以拒绝各向同性，并排除各向同性背景。我们研究如何中位数反冲方向可以用来确认各向异性反冲信号的WIMP起源。具体来说，我们确定了拒绝零假设所需的事件数，即中值方向是随机的（对应于各向同性的银河反冲分布），置信度为95%。我们发现，为零背景31事件是必需的，大约2倍以上，需要简单地拒绝各向同性。我们还研究了非零各向同性背景的影响。随着背景速率的增加，所需的事件数量增加，最初相当缓慢，然后更快，一旦信号变得次显性。我们还讨论了在大速度的速度分布中的功能的效果，发现在最近的高分辨率模拟中，中位反冲方向。
2010-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Exclusion limits from data of directional Dark Matter detectors
定向探测是发现星系暗物质的一种很有前途的搜索策略。利用太阳系通过暗物质晕围绕银河系中心的旋转，它允许显示WIMP事件的方向依赖性。尽管定向搜索的目标是识别WIMP阳性检测，但对于具有相当大的背景污染的非常低的暴露，仍然需要排除限制，例如原型实验获得的限制。定向探测器的数据由反冲核的能量和三维径迹组成。然而，为了设置鲁棒的排除限制，我们专注于事件分布的角度部分，认为WIMP分布的能量部分是无特征的，甚至可能被背景模拟。然后，由于背景和WIMP事件的角分布是已知的，贝叶斯方法来设置排除限制是可能的。本文提出了一种基于扩展似然的统计方法，与现有的方法相比，是最佳的。最后，全面研究了探测器配置对排斥限的影响。它包括有或没有感觉识别的影响，有限的角分辨率，考虑到能量阈值以及一些天体物理的不确定性。
2010-09-06 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter spin determination with directional direct detection experiments
如果暗物质粒子的自旋为0，那么暗物质-夸克相互作用的可重整化单介质模型的非相对论约化只能产生两种类型的WIMP-核子相互作用。基于这一重要的观察，我们表明，在下一代定向探测实验中，大约100个信号事件足以使$2σ$拒绝自旋0的暗物质假设有利于替代假设，其中暗物质粒子自旋1/2或1。在这种情况下，方向灵敏度是至关重要的，因为各向异性模式的领域内的核反冲方向取决于自旋的暗物质粒子。为了比较，对于100 GeV质量的WIMP和0.25 pb的WIMP-氟散射截面，在30 μ C的压力下操作的CF $_4$探测器中预期约100个信号事件，其中曝光量为约26，000 μ C-米-探测器天。可比较的曝光是在立方米时间投影室探测器阵列的范围内。
2017-06-28 astro-ph.CO hep-ph
DMTPC: Dark matter detection with directional sensitivity
暗物质时间投影室（DMTPC）实验使用低压（0.1 atm）的CF_4气体来寻找银河系WIMP暗物质的方向性特征。我们描述了DMTPC装置，并总结了最近的结果，从35.7克天暴露表面运行在麻省理工学院。核反冲削减后的数据，我们发现105个候选事件的能量范围在80 - 200 keV，这是符合预期的宇宙成因中子背景。使用这些数据，我们获得了WIMP质量为115 GeV/c2时2.0 \times 10^{-33} cm ^2的自旋相关WIMP质子横截面的极限。这种探测器目前部署在新墨西哥州的废物隔离试验工厂的地下。
2010-12-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
Directional detection of Dark Matter
定向探测是一种很有前途的暗物质搜索策略。利用太阳系通过暗物质晕围绕银河系中心的旋转，它允许显示WIMP事件的方向依赖性。它需要同时测量低能反冲的能量和3D轨迹，这是当前所有定向探测器项目的共同挑战。关于定向暗物质探测的第三次天鹅座讲习班汇集了从事该主题理论和实验方面工作的科学界人士。本文介绍了暗物质定向探测的研究现状，重点介绍了近年来的主要进展。
2011-10-05 astro-ph.CO
A review of the discovery reach of directional Dark Matter detection
宇宙学观测表明宇宙中的大部分物质是暗物质。弱相互作用大质量粒子（WIMPs）形式的暗物质可以通过其在目标核上的弹性散射直接被探测到。目前大多数直接探测实验只测量反冲核的能量。然而，定向探测实验对核反冲的方向也很敏感。由于太阳相对于银河系静止坐标系的运动，方向反冲率具有偶极特征，在太阳运动方向附近达到峰值。这为证明核反冲的银河起源提供了一个强有力的工具，从而明确地探测到暗物质。此外，定向反冲分布取决于WIMP的质量，散射截面和当地的速度分布。因此，有了大量的反冲事件，就有可能从粒子和天体物理性质的角度研究暗物质的物理学。我们审查的潜在的定向探测器检测和表征WIMP。
2016-03-17 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Is a co-rotating Dark Disk a threat to Dark Matter Directional Detection ?
最近的N体模拟支持一个共同旋转的暗盘的存在，它可能对当地的暗物质密度有很大的贡献（10%-50%）。这样的子结构可以对方向检测产生显著的影响。事实上，在零滞后速度的情况下，人们期望由暗盘贡献产生的各向同性WIMP速度分布，这可能会削弱定向检测中期望的强角特征。对于广泛的暗盘参数，我们在这封信中评估这种黑暗的成分对即将到来的定向探测器的发现潜力的影响。作为我们研究的结论，仅使用核反冲的角分布，我们表明，暗盘模型建议最近的N体模拟将不会显着影响暗物质达到定向检测，即使在极端的配置。
2013-01-12 astro-ph.CO
Directional Detection of Dark Matter Using Solid-State Quantum Sensing
本研究提出基于宽禁带半导体金刚石的混合模式暗物质定向探测器方案，利用亚微米损伤径迹记录方向信号，结合量子传感等技术读出，有望突破中微子本底限制，推动多学科发展与精密暗物质、中微子物理研究。
2023-06-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Spin-Dependent Limits from the DRIFT-IId Directional Dark Matter Detector
数据来自于位于英格兰东北部的博尔比矿的DRIFT-IId探测器。将0.8 m^3基准体积（包含30 Torr CS2和10 Torr CF 4的分压）暴露47.4个生存时间天，并配备足够的被动屏蔽，以在探测器内提供无中子环境。观察到的核反冲事件与探测器中央阴极上氡子体衰变产生的剩余低水平背景一致。然而，来自这样的事件的能量沉积必须在检测器的整个宽度上漂移，并且因此在到达装置的读出平面时显示大的扩散。利用这一特征，可以拒绝这些氡衰变子体事件的能量沉积，同时仍然保留对核反冲事件的敏感性。然后，利用气体中F核的含量，根据对质子自旋相关的WIMP-核子相互作用的灵敏度来解释探测器的响应，当WIMP质量为100 GeV/c^2时，灵敏度截面在0.5 pb处最小。
2011-04-16 astro-ph.CO
Readout technologies for directional WIMP Dark Matter detection
测量WIMP引起的核反冲的方向是一个引人注目的，但技术上具有挑战性的战略，以提供一个明确的银河系暗物质的检测签名。大多数定向探测器的目标是重建暗物质引起的核反冲轨道，无论是在气体或固体目标。定向检测的主要挑战是需要大体积的高空间分辨率，这对读出技术提出了很高的要求。在本文中，我们回顾了各种探测器读出技术所使用的定向探测器。特别是，我们总结了每种方法的挑战，优点和缺点，并讨论了这些技术的未来前景。
2016-10-06 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Magnetic Inelastic Dark Matter: Directional Signals Without a Directional Detector
磁非弹性暗物质（MiDM）模型，其中暗物质非弹性散射核通过磁偶极子相互作用，先前已被证明调和DAMA/LIBRA年度调制信号与其他实验的零结果。在这项工作中，我们探讨了独特的方向检测签名的MiDM。在暗物质散射到它的激发态后，它以1微秒量级的寿命衰变，并发射出能量约为100 keV的光子。通过研究延迟符合事件，可以探测到核反冲和相应的发射光子。由核相互作用顶点和光子衰变顶点可以重建出激发态的反冲径迹和速度。WIMP反冲轨道的角分布是尖锐的峰值和调制的日常。因此，不需要大体积气体定向探测实验就可以观测到WIMP-核子散射的定向调制。此外，目前的实验，如XENON 100可以立即测量这种定向调制，并限制MiDM参数空间与几千公斤的曝光。
2011-04-13 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Directional detection of galactic Dark Matter
对银河系暗物质的定向探测是区分真实WIMP事件和背景事件的一种很有前途的搜索策略。我们目前的技术进展气体探测器以及最近的现象学研究，允许设计和建设的竞争性实验。
2010-01-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Terrestrial WIMP/Axion astronomy
在直接暗物质（DM）探测实验中预测信号需要了解当地晕的天体物理结构。这种理解中的任何不确定性都会直接影响到所有的实验结果。然而，我们的地面实验能够研究这种相同的天体物理依赖性，事实上，这是我们在亚毫秒差距尺度上对局部晕的唯一探测。这是最好的情况下实现的WIMP暗物质，如果方向敏感的实验是可行的，但需要新的参数化的速度分布，使模型独立的索赔。对于轴子来说，前景要大得多，与天体测量探测器相比，占星仪将能够更好地测量局部DM分布。
2017-10-30 astro-ph.CO hep-ph
Directional Dark Matter Detection Beyond the Neutrino Bound
太阳中微子、大气中微子和漫射超新星中微子的相干散射为直接暗物质实验创造了一个不可约的背景，其对WIMP-核子自旋无关散射截面的灵敏度为10^（-46）-10 ^（-48）cm ^2，取决于WIMP的质量。即使我们能够消除所有其他背景，这个“中微子底”也会限制未来的实验，使其灵敏度只能达到10^（-48）cm ^2的截面。方向敏感探测器有可能通过拟合多维事件分布（反冲动能、反冲轨道相对于太阳的角度和事件时间）来研究中微子束缚之外的暗物质。本文定量研究了方向灵敏度对暗物质直接探测中中微子束缚态的影响。
2014-09-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter Mass and Anisotropy in Directional Detector
暗物质的速度分布在大多数情况下被认为是各向同性的麦克斯韦-玻尔兹曼分布，然而，通过模拟也提出了包括各向异性分布在内的其他分布模型。对暗物质的定向直接探测有望成为区分各向同性和各向异性暗物质分布的有效途径。我们研究了在定向探测器的假设下，通过蒙特卡罗模拟获得各向异性和WIMP质量的可能性。
2019-09-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
MIMAC : A micro-tpc matrix for directional detection of dark matter
定向探测非重子暗物质是区分WIMP事件和背景的一种很有前途的搜索策略。然而，这种策略需要精确测量的能量下降到几keV和3D重建的轨道下降到几毫米。为了实现这一目标，MIMAC项目已经开发。它是基于一个气体微TPC矩阵，充满了CF4和CHF3。本文介绍了用低能单能中子场获得的低能核反冲（H，F）的初步结果。这种搜索策略的发现潜力进行了讨论，并说明了一个现实的情况下访问MIMAC。
2011-02-16 astro-ph.CO
Gaseous Dark Matter Detectors
具有方向灵敏度的暗物质探测器有可能对WIMP产生明确的正观测，并区分银河系暗物质晕模型。在这篇文章中，我们介绍了定向检测器的动机，讨论了实验技术，使定向检测成为可能，并回顾了在这一领域的实验工作的状态。
2009-05-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Dark matter directional detection with MIMAC
MiMac是一个用于直接探测非重子暗物质的气体（He3，CF4）室的微型TPC矩阵项目。径迹和电离能的测量将允许电子反冲的歧视，而访问的径迹的方向性将打开一个独特的方式来区分一个真正的WIMP信号从任何背景。第一个重建轨道的5.9千电子伏的电子作为一个概念的证明。
2009-05-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Review on non-directional direct dark matter searches
综述了非定向直接检测方法。目前领先的实验自旋无关的WIMP相互作用是使用两个量的同时测量的低温测辐射热计和惰性气体，如氙事件的背景歧视。除此之外，还开发了几种有趣的技术，每种技术都具有特定的优点，例如能量阈值降低或对电离辐射背景的强免疫力。所使用的技术和最新的结果自旋相关和自旋无关的情况下。
2011-10-02 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Can we overcome the neutrino floor at high masses?
中微子底是弱相互作用大质量粒子（WIMP）参数空间中的一个障碍，由于中微子几乎不可约的背景，在其以下的发现受到阻碍。定向气体时间投影室可以区分太阳中微子，相关的WIMP质量$\lesssim$ 10 GeV。在更高的质量$\gtrsim$ 100 GeV的地板是由大气中微子的背景。在这一部分的地板下探测将需要非常大的目标曝光。由于基于气体的探测器在这种规模下会非常大，我们重新评估了液体惰性实验探测中微子底部以下的前景。我们结合所有潜在的方法减去中微子背景，以确定有多少这难以达到，但动机良好，参数空间是可行的。最值得注意的是，我们量化是否在氙和氩实验中提出的定向信号称为“柱状重组”可以帮助完成这项任务。我们发现，即使这种效果的强度被放大超出目前的实验结果，重组信号中包含的方向信息的数量太低，现实歧视大气中微子背景。相反，受益于DUNE和JUNO等实验对中微子通量的精确测量，将是推动直接WIMP搜索到中微子底部以下的最实用手段。对于氙和氩实验的最终全球协调，我们表明中微子地板是一个可以克服的障碍。100 GeV超对称WIMP的直接探测最终可能是触手可及的。
2020-09-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Directional detection of Dark Matter with the MIcro-tpc MAtrix of Chambers
与普通物质弱相互作用的粒子，其相关质量为原子核（WIMPs）量级，是暗物质的可能候选者。由这些WIMP之一引起的靶核的弹性碰撞的直接检测必须与由中子产生的信号区分开，中子产生的信号在检测器中留下相同的信号。MIMAC（MIcro-tpc MAGNETIC of Chambers）合作开发了一种原始的原型探测器，该探测器将大型像素化Micromegas与快速自触发电子器件相结合。介绍了Modane地下实验室中运行的双室模块的各个方面：$^{222}$ Rn子体的校准和表征。建立了一个新的实验台，它结合了MIMAC室和COMIMAC便携式淬火线，用于表征MIMAC混合气体中低能离子的三维径迹：给出了初步结果。简要讨论了今后的步骤。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Daily modulation due to channeling in direct dark matter crystalline detectors
在直接暗物质晶体探测器中，离子与WIMP碰撞后反冲的通道效应产生了比预期更大的闪烁或电离信号。闪烁是一种方向性效应，它取决于我们银河系暗晕中WIMP的速度分布，并可能导致信号的每日调制。在这里，我们计算上限的预期幅度的每日调制由于沟道使用沟道分数，我们获得了分析模型在以前的工作。在开发的一般形式主义，我们研究的可能性，找到一个日常的调制由于通道的数据已经收集的DAMA/NaI和DAMA/LIBRA实验。我们发现，即使是最大的日常调制幅度（在某些情况下，10%的顺序）将无法观察到的标准晕中的WIMP在13年的数据所采取的DAMA合作。要观察到这些，DAMA总比率应是其实际值的1/40，或者总DAMA暴露量应是实际值的40倍。在未来的实验中，由于沟道效应而产生的日调制将很难测量。我们发现，它可以观察到轻WIMP固体Ne，假设没有背景。
2011-06-20 astro-ph.CO
New directional signatures from the non-relativistic effective field theory of dark matter
非相对论性有效场论（NREFT）的框架旨在根据自旋相关（SD）和自旋无关（SI）相互作用来概括直接检测实验的标准分析。我们发现，一些NREFT运营商导致独特的新的方向签名，如突出的环状功能的定向反冲率，即使是相对较低的质量WIMP。我们讨论了这些签名，以及它们如何影响未来的定向探测器的结果的解释。我们证明，考虑到一系列可能的运营商引入了一个因素2所需的事件，以确认中位反冲方向的信号的数量的不确定性。此外，使用定向检测，可以在具有$\mathcal{O}(100-500)$事件的$2σ$水平上区分更一般的NREFT相互作用与标准SI/SD相互作用。特别是，我们证明，对于某些NREFT运营商，方向灵敏度提供了唯一的方法，区分他们从这些标准的运营商，突出了方向探测器在探测暗物质的粒子物理的重要性。
2015-05-27 astro-ph.CO hep-ph
MIMAC : A micro-tpc matrix for directional detection of dark matter
定向探测非重子暗物质是区分WIMP事件和背景的一种很有前途的搜索策略。然而，这种策略需要精确测量的能量下降到几keV和3D重建的轨道下降到几毫米。为了实现这一目标，MIMAC项目已经开发。它是基于一个气态的微型TPC矩阵，填充有3 He，CF 4和/或C4 H10。本文介绍了用低单能中子场获得的低能核反冲（1H和19 F）的初步结果。这种搜索策略的发现潜力进行了讨论，并说明了一个现实的情况下访问MIMAC。
2010-12-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
Daily Modulation of the Dark Matter Signal in Crystalline Detectors
晶体中的沟道效应是指带电离子在晶体中的穿透与取向的关系。在直接暗物质晶体探测器中，通道离子在与WIMP碰撞后反冲，将其所有能量都给了电子。因此，沟道效应增加了预期来自WIMP的电离或闪烁信号。闪烁是一种方向效应，它取决于我们银河系暗晕中WIMP的速度分布，并可能导致信号的每日调制。我将提出直接暗物质探测器中每日调制的预期幅度的估计，这既是由于通道效应，也是由于地球绕自身的旋转速度。
2011-09-04 astro-ph.CO astro-ph.IM
Discovery potential for directional Dark Matter detection with nuclear emulsions
直接寻找暗物质是当今最热门的研究课题之一，许多实验努力致力于寻找由弱相互作用大质量粒子（WIMPs）散射引起的核反冲。探测器能够重建原子核对散射的WIMP的反冲方向，这开辟了一个新的领域，可能将暗物质的研究扩展到中微子背景之外。利用方向性还可以通过明确的信号背景分离来证明暗物质的星系起源。事实上，反冲核的角分布集中在天鹅座的方向，而背景分布预计是各向同性的。目前的定向实验是基于气体TPC，其灵敏度是有限的小可实现的检测器质量。在本文中，我们提出了一个定向实验的基础上使用的固体目标，新开发的核乳胶和光学读出系统达到前所未有的纳米分辨率的发现潜力。
2018-01-19 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
SENSEI: A Search for Diurnal Modulation in sub-GeV Dark Matter Scattering
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）；Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften（奥地利科学院高能物理研究所）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）；Tel-Aviv University（特拉维夫大学）；University of Oregon（俄勒冈大学）；Stony Brook University（石溪大学）
利用SENSEI实验数据，通过地球屏蔽效应导致的恒星日调制信号，搜索与普通物质相互作用足够大的亚GeV暗物质，在低于1 MeV暗物质质量下将灵敏度提升一个数量级。
2025-10-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
MIMAC: A micro-tpc matrix project for directional detection of dark matter
非重子暗物质的定向探测是区分WIMP事件和背景事件的一种很有前途的搜索策略。这种策略需要测量的反冲能量下降到几千电子伏和三维重建的轨道下降到几毫米。MIMAC项目，基于微型TPC矩阵，充满CF4和CHF3正在开发中。第一个结果室原型的这个矩阵，低能量核反冲（1H和19F）与单能中子场获得。这种搜索策略的发现潜力说明了一个现实的情况下访问MIMAC。
2011-11-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Directional detection of dark matter streams
定向探测WIMP，其中反冲核的能量和方向的测量，目前提出了唯一的前景探测银河系暗物质的局部速度分布。我们调查的程度，未来的定向探测器将能够探测流的形式的暗物质子结构。我们分析了人马座流的信号，并探讨了流的速度，方向，分散和密度的全参数空间。使用组合的非参数方向统计，配置文件似然比检验和贝叶斯参数推断，我们发现，在可接受的曝光时间（O（10）公斤，每年的截面刚好低于目前的排除限制）未来的方向探测器将是敏感的流速度和密度的范围很广。我们还研究和讨论了探测器的能量窗口的重要性。
2014-11-11 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Harmonics in the Dark-Matter Sky: Directional Detection in the Fourier-Bessel Basis
具有方向灵敏度的核反冲探测器可以揭示银河系中大质量弱相互作用粒子（WIMP）暗物质速度分布的细节。以前的研究假设速度分布采用简单的函数形式，其特征在于由少量的参数。最近的工作表明，基函数展开可以允许更一般的参数化;这种方法已经被认为是一维速度和动量分布，也为三维速度分布服从某些平衡条件。在这项工作中，我扩展了这种基函数的方法，允许任意的速度分布的傅里叶-贝塞尔基础上工作，推导出的方向反冲光谱的解析表达式。这样的方法是完全通用的，并且如果速度分布太复杂而不能用简单的函数形式表征或者没有完全维里化，则可能是有用的。傅里叶-贝塞尔基函数的三维Radon变换的结果可能是层析应用的一般利益。
2014-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Directional dark matter detection sensitivity of a two-phase liquid argon detector
我们研究了一个大规模的两相液氩探测器的暗物质信号的方向性的灵敏度。进行这项研究的假设下，超过50千电子伏的反冲能量，可以确定（具有一定的分辨率）的反冲核的方向，而没有头-尾歧视，如建议利用的依赖性的柱状复合的反冲核方向和电场之间的角度过去的研究。在本文中，我们研究的微分相互作用反冲率作为一个函数的反冲方向角相对于天顶的探测器位于Gran Sasso国家天文台，我们确定其昼夜和季节的调制。使用似然比为基础的方法，我们表明，与单独的角度信息，100个事件足以拒绝在三个标准差水平的各向同性假设。对于100吨年的辐照量，这相当于在200 GeV的WIMP质量下，自旋无关的WIMP-核子截面约为10^-46 cm ^2。本文的结果为实验测定两相液氩探测器中的定向反冲效应提供了有力的动力。
2019-01-14 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
MIMAC: MIcro-tpc MAtrix of Chambers for dark matter directional detection
非重子暗物质的定向探测是区分WIMP事件和中子的一种很有前途的搜索策略，中子是暗物质直接探测的最终背景。这种策略需要精确测量的能量下降到几个千电子伏和三维重建的轨道下降到几毫米。MIMAC（MIcro-tpc MAGNETIC的商会）合作在过去几年中开发了一个原始的原型探测器的基础上直接耦合的大型像素化micromegas与一个特殊的开发快速自触发电子显示的可行性，新一代的定向探测器。第一个双室原型已于2012年6月安装在Modane地下实验室。显示了第一个背景事件、增益稳定性和校准。第一个频谱的核反冲显示来自氡子体的三维轨道。
2013-11-04 astro-ph.CO physics.ins-det
Inelastic Dark Matter and DAMA/LIBRA: An Experimentum Crucis
DAMA/LIBRA合作已经检测到每年调制的反冲率在碘化钠晶体与预期的WIMP散射事件的阶段。这个信号与其他弹性散射弱尺度WIMP实验的上限明显不一致。然而，结果是兼容的情况下，非弹性暗物质（iDM）。由Tucker-Smith和Weiner实现的iDM理论将WIMP约束到sigma_n-delta空间中的紧密轮廓，其中delta是基态和激发WIMP之间的质量差。直接探测的当务之急是测试这种情况。对DAMA的iDM解释的关键测试--一个“十字实验”--是一个方向敏感性实验，它可以测量每天的方向调制。因为对比度可以是100%，所以这是一个比速率中小得多的年度调制更尖锐的测试。我们估计这样一个实验的重要性作为一个功能的WIMP质量，截面，背景率，和其他参数。拟议的实验严重限制了DAMA/iDM方案，即使在气态氙的适度暴露（约1000 kg/天）下也是如此。
2010-09-13 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
DMTPC: A dark matter detector with directional sensitivity
通过将核反冲方向与地球在银河系中的运动方向相关联，定向暗物质探测器可以明确地探测到弱相互作用大质量粒子（WIMP），即使在存在背景的情况下。在这里，我们描述的暗物质时间投影室（DMTPC）检测器，TPC充满CF4气体在低压（0.1大气压）。利用该探测器，我们测量了能量低至100 keV的核反冲矢量方向（头尾），角分辨率<15度。为了研究我们的探测器背景，我们在麻省理工学院校园的一个地下室实验室里工作了几个月。我们目前正在新墨西哥州的废物隔离试验工厂设施建造一种新的高放射性纯度探测器，用于地下部署。
2009-07-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Dark Matter directional detection with MIMAC
定向探测是一种很有前途的直接暗物质搜索策略。在银道坐标系中，WIMP事件的核反冲径迹角分布应呈现各向异性。该策略需要测量具有约5 keV的阈值的反冲能量，并且3D反冲跟踪下降到几毫米。MIMAC项目以\textmu -TPC矩阵为基础，包括$CF_4$和$CHF_3$，正在开发中。2012年6月，在LSM（Modane的Souterrain）安装了一个双室原型。对前四个月数据采集的初步分析首次允许观察到来自$\mathrm{^{222}Rn}$子代的反冲。
2013-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Identification of Dark Matter with directional detection
定向探测是发现星系暗物质的一种很有前途的搜索策略。利用太阳系通过暗物质晕围绕银河系中心的旋转，它允许显示WIMP事件的方向依赖性。定向探测器的数据由每个反冲核的能量和三维径迹组成。在这里，我们提出了一个贝叶斯分析方法，致力于从即将到来的方向检测器的数据。然而，我们只关注事件分布的角度部分，认为背景分布的能量部分是未知的。考虑两种不同的情况：暗物质的阳性或无效检测。在第一种情况下，我们将提出一个基于地图的似然方法，允许恢复信号的主要传入方向及其意义，从而证明其银河系的起源。在第二种情况下，提出了一种新的统计方法。它是基于扩展的可能性，以设置强大的和有竞争力的排除限制。这种方法已被比较，其他两种方法，并已被证明是最佳的任何检测器配置。最后，MIMAC项目的前景的情况下，10公斤CF4探测器的曝光时间为3年。
2010-09-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Dark Matter Hurricane: Measuring the S1 Stream with Dark Matter Detectors
最近发现的S1流以低倾角、反向旋转的轨道穿过太阳附近。S1的前身是一个矮星系，其总质量与现在的天炉座矮椭球相当，因此预计该星系流将具有显著的DM成分。我们计算的影响的S1流的WIMP和轴子探测器作为其不可测的暗分量的密度的函数。在WIMP探测器中，S1流提供更多的高能核反冲，因此将略微改善DM探测前景。我们发现，即使S1包括小于10%的局部密度，多吨氙WIMP探测器可以区分S1流从散装晕在相对较窄的质量范围内5和25 GeV之间。在定向WIMP探测器如CYGNUS中，S1更显著地增加了DM探测前景，因为它增强了WIMP信号的各向异性。最后，我们表明，轴子haloscopes拥有迄今为止最大的潜在敏感性的S1流。一旦轴子质量被发现，S1的独特速度分布可以很容易地从轴子功率谱中提取出来。
2018-11-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
CYGNUS: Feasibility of a nuclear recoil observatory with directional sensitivity to dark matter and neutrinos
现在，传统的弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质搜索正在接近中微子底，对核反冲方向敏感的探测器的兴趣已经复苏。大规模定向探测器的吸引力在于，它的灵敏度低于中微子底部，能够明确地确定所谓的暗物质信号的星系起源，并且可以作为中微子观测站发挥双重作用。我们提出了第一个1000米的$^3$规模的探测器能够在低能量下测量定向核反冲信号的详细分析。我们提出了一个模块化和多站点天文台组成的时间投影室（TPC）充满氦气和SF $_6$在大气压。根据TPC读出技术，10-20个高于6 keVr的氦反冲或仅3-4个高于20 keVr的反冲就足以区分10 GeV的WIMP信号和太阳中微子背景。高分辨率的电荷读出还实现了远低于10 keV的强大电子背景抑制能力。我们详细介绍了1000 m $^3$规模的背景和现场要求，并确定了需要提高放射性纯度的材料。最后一个实验，我们命名为CYGNUS-1000，将能够观察到10-40个来自太阳的中微子，这取决于最终的能量阈值。在相同的曝光量下，对自旋无关的截面的灵敏度将扩展到目前尚未探索的亚10 GeV参数空间。对于自旋相关的相互作用，10 m $^3$规模的实验已经可以与即将到来的第二代探测器竞争，但CYGNUS-1000将大大改善这一点。更大的体积将带来对来自更广泛来源的中微子的敏感性，包括银河系超新星，核反应堆和地质过程。
2020-12-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
New Dark Matter Detectors using DNA or RNA for Nanometer Tracking
弱相互作用大质量粒子（WIMP）可能构成宇宙中的大部分物质。探测反冲核方向性的能力将大大促进对WIMP的探测。在本文中，我们提出了一种新型的暗物质探测器：由DNA或RNA制成的探测器可以提供纳米分辨率的跟踪，能量阈值为0.5 keV，并可以在室温下工作。当一个来自星系晕的弱相互作用粒子从探测器中的一个原子核上弹性散射时，反冲的原子核就会穿过数百串具有已知碱基序列的单链核酸（ssNA），并沿着它的轨迹切断ssNA链。断裂的位置可以通过使用生物学家熟知的技术扩增和鉴定切割的ssNA的片段来鉴定。因此，反冲核的路径可以被跟踪到纳米精度。在一个这样的探测器概念中，传感器是1 m x 1 m的纳米厚Au箔，并且反冲核的方向通过由ssNA链的有序阵列组成的“NA跟踪室”来测量。聚合酶链式反应（PCR）和ssNA测序用于读出检测器。拟议的探测器比其他替代品更小，更便宜：1公斤的黄金和0.1至4公斤的ssNA（取决于长度和链密度），包装成0.01米$^3$，可以用来研究10 GeV的WIMP。该探测器中可以使用各种其他探测器目标元件，以针对不同的WIMP质量进行优化并识别WIMP属性。通过利用分子生物学的进步，我们的目标是以合理的成本实现比传统WIMP探测器高约1,000倍的空间分辨率。
2015-01-11 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
First background-free limit from a directional dark matter experiment: results from a fully fiducialised DRIFT detector
在含有CS2的时间投影室中向气体混合物中添加O2最近已显示出产生以略微不同的速度行进的多个负离子。这允许在z（漂移）方向上测量电离事件的绝对位置。在这项工作中，我们应用z-fiducialisation技术的定向暗物质搜索。特别是，我们目前的结果，从46.3天的无源曝光的DRIFT-IId探测器运行在这个全新的模式。通过全体积基准化，我们实现了定向探测器的第一个无背景操作。由此产生的排斥曲线自旋相关的WIMP质子相互作用达到1.1 pb在100 GeV/c2，比我们以前的工作的2倍。我们描述了这里使用的自动化分析，并认为在获取这些数据后实施的检测器升级将在不久的将来带来>3的额外改进。
2015-07-23 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
DAMA and the self similar infall halo model
DAMA协作组观测到的WIMP反冲率的年度调制具有很高的意义，通常在等温麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布的背景下进行分析。虽然这是最简单的模型，但有必要考虑其他动机良好的晕形成理论。在本文中，我们研究了一种不同的晕轮模型，即自相似坠落模型，其特征是存在许多冷流和焦散线，这在模拟中是看不到的。结果表明，当WIMP质量超过$\approx$ 250 GeV时，在99.7%的置信水平下，自相似模型与DAMA结果在振幅和相位上都是一致的.加入一个小的热分量使得$m_χ$ = 12 GeV附近的参数空间与自相似模型一致。每个自由度的最小$χ^2$为0.92（1.03），考虑（不考虑）沟道，表明拟合可接受。对于质量远大于靶核质量的WIMP，反冲率仅取决于比率$σ_{\rm p}/m_χ$，发现该比率为$\approx$ 0.06 femtobarn/TeV。然而，与等温晕的情况一样，允许的参数空间与CDMS和氙实验针对自旋无关弹性散射获得的零结果不一致。未来的实验与加速器实验的方向灵敏度和质量界限将有助于区分不同的晕模型和/或约束冷流的贡献。
2011-02-11 astro-ph.CO hep-ph
