Some Thoughts on (the Incompleteness of) the (Double) Differential Event Rates for Elastic WIMP-Nucleus Scattering in (Directional) Direct Dark Matter Detection Physics
本文回顾了WIMP-核弹性散射的(双)微分事件率的表达式,并讨论了在(定向)直接暗物质探测物理学中使用这些表达式的一些不寻常的想法。几个不经常提到的(但重要的)问题将被详细论证和论证。
2021-10-21 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Normal and Reverse Annual Modulations of Elastic WIMP-Nucleus Scattering Signals
在我们早期关于银河系WIMP(不仅撞击我们的探测器,而且)散射离开目标核的三维有效速度分布的工作之后,在本文中,我们证明了在直接暗物质探测实验中可以观察到的弹性WIMP-核散射信号的正向和“反向”年度调制。我们的模拟表明,一旦WIMP质量轻到只有几十GeV,事件数和累积的反冲能量的WIMP诱导的散射事件的轻和重的目标核确实将是最大(最小)在夏季(冬季)。然而,一旦WIMP质量重到几百GeV,事件数和WIMP散射事件的累积反冲能量在夏季将相反地是最小的。可以理解的是,对于中等质量的WIMP,事件数和一些中等质量核的散射事件的累积反冲能量将显示出近似均匀的时间依赖性。
2022-04-13 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Monte Carlo Scattering-by-Scattering Simulation of 3-Dimensional Elastic WIMP-Nucleus Scattering Events
本文作为我们第三步研究的第一部分,即发展利用定向直接暗物质探测实验提供的三维信息的数据分析程序,我们提出了我们的双蒙特卡罗“散射-散射”三维弹性WIMP-核散射过程的模拟,它可以提供三维速度信息在不同天体坐标系中,每个入射晕WIMP的大小、方向和入射/散射时间,以及散射靶核的反冲方向和反冲能量。为方便读者参考,可在我们的在线(交互式)演示网页(http://www.tir.tw/phys/hep/dm/amidas-2d/)上找到并下载具有不同WIMP质量的(动画)模拟图和所有可运行地下实验室的几种常用靶核。
2021-03-11 astro-ph.IM hep-ph
Incident Velocity-Recoil Angle Distribution and Angular Recoil-Energy Spectrum of 3-Dimensional WIMP-Nucleus Scattering Events
作为对WIMP散射靶核反冲通量角分布和有效散射速度分布研究的补充,本文研究了不同WIMP质量和靶核在窄反冲能窗内的散射几率分布。模拟结果表明,在给定的反冲能窗内,不仅入射晕WIMP的速度分布,反冲角也会影响有效入射速度-反冲角组合的散射几率分布.因此,1-D WIMP的“有效”速度分布对应于所考虑的狭窄的能量窗口将不符合简单地从(产生)入射晕WIMP的速度分布切割。因此,它对所考虑的能量窗口中的差分WIMP-核散射事件率的贡献不能简单地通过对整个晕WIMP的1-D理论速度分布进行积分来估计。
2022-03-11 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Application of the Skyrme Hartree-Fock-Bogoliubov Theory to WIMP-Nucleus Interactions in 40Ar
Research School of Physics, Australian National University(澳大利亚国立大学物理研究学院);ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics(ARC暗物质粒子物理卓越中心)
采用自洽Skyrme Hartree-Fock-Bogoliubov方法研究40Ar的WIMP散射,计算暗物质直接探测相关的核形状因子,并与壳模型预测比较,发现自旋无关响应吻合良好,自旋-轨道响应因单粒子占据数差异而显著不同。
2026-09-23 hep-ph nucl-th
Discriminating WIMP-nucleus response functions in present and future XENON-like direct detection experiments
对暗物质的直接探测极限的标准解释涉及到对潜在的WIMP-核相互作用的特定假设,例如,在最简单的情况下,选择一个Helm形状因子,从现象学上描述了一个与自旋无关的同位旋相互作用。一般来说,暗物质与目标核的相互作用可能通过不同的机制进行,这将导致相应的原子核结构因子作为动量传递$q$的函数的不同形状。我们研究在何种程度上不同的WIMP核反应可以区分的基础上的$q$依赖性的结构因子(或“形状因子“)。我们假设一个整体的相互作用强度与目前的自旋无关的限制,并考虑相应的XENON 1 T样,XENONnT样,达尔文样的直接检测实验的曝光。我们发现,只要相互作用的强度不在于太多低于目前的限制,达尔文设置允许一个决定性的歧视许多不同的响应函数的基础上,他们的$q$的依赖性,直接的后果,阐明暗物质的性质。
2018-05-31 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Impact of nuclear shell model uncertainties on silicon and germanium WIMP-nucleus limits
University of Toronto(多伦多大学);Australian National University(澳大利亚国立大学)
本文研究硅和锗靶核壳模型不确定性对WIMP-核子直接探测排除极限的影响,发现核结构不确定性不可忽略,需在实验分析中加以考虑。
2026-09-22 hep-ex hep-ph nucl-th
Analysis strategies for general spin-independent WIMP-nucleus scattering
我们提出了一个形式主义的直接检测暗物质搜索,涵盖所有的标量和矢量相互作用的相干响应的分析,并结合QCD的手征对称性的约束,包括所有的一个和两个身体的WIMP核子相互作用高达三阶手征有效场论。WIMP核截面中的自由参数之一对应于标准的自旋无关搜索,但在一般情况下,新物理耦合的不同组合进行了探测。我们确定的标准自旋独立的响应和两体电流的主要修正主导的自旋独立的结构因子的等矢量对应的干扰,并讨论了直接检测实验的解释的一般后果,包括最小限度的扩展标准的自旋独立的分析。氙靶散射所需的所有结构因子的拟合基于最先进的核壳模型计算。
2016-08-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
dmscatter: A Fast Program for WIMP-Nucleus Scattering
最近的工作,使用有效场论框架,已经表明核子和暗物质候选者弱相互作用大质量粒子(WIMP)之间可能的耦合数量比以前认为的要大。受现有Mathematica脚本计算目标响应的启发,我们开发了一个快速,现代的Fortran代码,包括可选的OpenMP并行化,以及用户友好的Python包装器,以快速有效地探索许多场景,输出与当前暗物质搜索的实践相一致。包括了大多数重要目标核素的库;用户还可以以简化的单体密度矩阵的形式导入他们自己的原子核结构数据。主要输出是作为反冲能量的函数的差分事件率,这是对探测器响应率建模所需的,但是可以容易地访问诸如核形状因子的中间结果。
2022-09-21 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Generalized spin-dependent WIMP-nucleus interactions and the DAMA modulation effect
在非相对论性有效场论(EFT)的指导下,我们对费米子弱相互作用大质量粒子(WIMP)与原子核之间的最一般的自旋相关相互作用进行了分类,并在这类模型中讨论了DAMA调制结果用WIMP弹性散射信号进行解释的可行性。我们发现,虽然几个相对论EFT的可以导致一个自旋相关的截面,在某些情况下,与一个明确的,不可忽略的依赖于WIMP的传入速度,三个主要的情况下,可以挑出来的非相对论的限制,其中大约包括他们所有的,只有不同的依赖于转移的动量。对于其中两个DAMA和其他约束之间的兼容性是可能的WIMP质量低于30 GeV,但只有在我们的银河系的光晕,从麦克斯韦的WIMP速度分布。这是通过将对WIMP与中子的有效耦合的抑制(以逃避来自氙和锗探测器的约束)与横截面对转移动量的显式二次或四次依赖性相结合来实现的(这导致与液滴探测器和泡室中的氟相比,DAMA中的钠的预期速率的相对增强)。对于较大的WIMP质量,通过COUPP中碘的散射排除了相同的情况。
2015-05-08 astro-ph.CO hep-ph
Inelastic WIMP-nucleus scattering to the first excited state in $^{125}$Te
直接探测暗物质成分,特别是弱相互作用大质量粒子(WIMPs),被认为是粒子物理学和宇宙学的核心。在本文中,我们研究了到激发态的跃迁,这种跃迁可能存在于某些具有足够低的激发态的核中。前面考虑的例子是$^{127}$ I和$^{129}$ Kr和$^{83}$ Kr的第一激发态。在这里,我们研究$^{125}$ Te,它提供了一些优势,目前被认为是一个目标。在所有这些情况下,额外的签名的伽马射线后,这些国家的去激发具有明确的优势,在纯粹的核反冲,在原则上,这样的签名可以利用实验。在CUORE实验的背景下,实验的可行性进行了简要的讨论。
2016-01-27 hep-ph
Kaon-Nucleus Drell-Yan Processes and Kaon Structure Functions
本文研究了用足够强的带电K介子束轰击等熵靶时,从Drell-Yan过程中得到的信息。结果表明,结合$K^+$和$K^-$的Drell-Yan测量,可以得到K介子海夸克的分布.这些截面对K介子中的奇异价夸克分布也很敏感,尽管为了以足够的精度提取这个量,需要在目前可用的K介子通量上显著增加。
1996-04-30 hep-ph
Large-scale nuclear structure calculations for spin-dependent WIMP scattering with chiral effective field theory currents
我们进行了最先进的大尺度壳模型计算的结构因子的弹性自旋相关的WIMP散射129,131氘,127 I,73 Ge,19 F,23 Na,27 Al,和29 Si。这一全面的调查涵盖了非零自旋核直接暗物质检测有关。我们包括必要的形式主义来描述弹性和非弹性WIMP核散射的教学演示。所采用的价空间和核相互作用先前已用于这些质量区域的原子核结构计算,并产生这些同位素的良好光谱描述。我们采用基于手征有效场论(EFT)的自旋相关的WIMP-核电流,在单体水平上,包括由于π介子交换导致的主导长程两体电流,这是手征EFT中预测的。由于核中WIMP电流的核不确定性,所有结构因子的结果都具有理论误差带。
2015-01-23 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Reconstructing Dark Matter Mass and Discriminating Standard and Non-Standard WIMP-Nucleus Interactions with Paleo-Detectors
The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校);Stockholm University(斯德哥尔摩大学);KTH Royal Institute of Technology(皇家理工学院);University of North Florida(北佛罗里达大学);Jožef Stefan Institute(约瑟夫斯蒂芬研究所)
本文研究古探测器可重建WIMP质量(覆盖传统实验难及的低质量区)、区分标准与非标准WIMP-核相互作用,无需传统实验必需的核反冲方向测量。
2026-08-12 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Model-Independent Determination of the WIMP Mass from Direct Dark Matter Detection Data
弱相互作用大质量粒子(WIMP)是暗物质的主要候选者之一。我们开发了一种模型无关的方法,通过使用数据(即,测量的反冲能量)的直接检测实验。我们的方法是独立于尚未未知的WIMP密度在地球附近的WIMP速度分布的形式,以及WIMP核截面。然而,它需要来自具有不同靶核的至少两个探测器的正信号。在无背景的环境中,原则上可以用只有$2 \times 50$事件的$\sim 35%$的误差来确定$m_χ\sim 50$ GeV;在实践中,为了减少背景而施加的信号事件的反冲能量的上限和下限会增加误差。如果$m_χ$显著超过所用最重靶细胞核的质量,则该方法也会失去精度。
2008-06-17 astro-ph hep-ph
Present and projected sensitivities of Dark Matter direct detection experiments to effective WIMP-nucleus couplings
假设弱相互作用大质量粒子(WIMP)在银河系中的麦克斯韦速度分布,我们探索了一个系统的方式,现有的和计划的暗物质(DM)的直接检测实验的一个广泛的集合的相对灵敏度的14个耦合参数,最一般的非相对论性(NR)伽利略不变性所允许的有效哈密顿量,用于驱动自旋为1/2的WIMP核的弹性散射的接触相互作用。我们执行我们的分析中的两个自由参数:WIMP质量$m_χ$和WIMP-中子和WIMP-质子耦合$c^n/c^p$之间的比率。我们包括修改后的信号光谱形状,由于非标准的相互作用时,它是需要在确定的界限,如在背景扣除或应用的最佳间隔方法的情况下。对于每个偶联,在$m_χ$ - $c^n/c^p$平面中,我们提供了最严格的90% C. L.的等高线图。我们还介绍了NRDD_constraints,一个简单的内插代码编写的Python,允许获得的数值作为一个函数的WIMP质量$m_χ$和耦合比$c^n/c^p$的约束,为每个NR耦合。我们发现,9个实验的14个本暗物质搜索考虑在我们的分析提供了最严格的约束上的一些有效的耦合为一个给定的选择$(m_χ,c^n/c^p)$:这是证据的互补性不同的目标核和/或计数率和能量阈值的不同组合时,搜索DM扩展到广泛的可能的相互作用。
2019-02-28 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on the axial-vector and pseudo-scalar mediated WIMP-nucleus interactions from PandaX-4T experiment
基于PandaX-4T实验0.63吨·年曝光数据,未发现显著信号超出,对轴矢量和赝标量介导的WIMP-核相互作用给出约束,设定了迄今最严格的WIMP-中子自旋相关散射截面上限并推导了简化模型的排除限。
2024-08-27 hep-ex hep-ph
WIMP capture and annihilation in the Earth in effective theories
在暗物质-核子相互作用的非相对论有效理论中,计算了WIMP在地球中的俘获和湮灭率。忽略算子干扰,我认为所有的伽利略不变的相互作用算子,可以产生从交换的重粒子的自旋小于或等于1时,WIMP的自旋为0,1/2或1。我计算的位置和形状的预期共振的质量捕获率平面,并表明,铁是不是最重要的元素在捕获过程中,许多目前被忽视的相互作用运营商。我比较这些预测与最近的结果,地球WIMP分析冰立方在86弦配置和设置限制的所有isoscope和isovector耦合常数的有效理论的暗物质-核子相互作用。对于某些相互作用算子和暗物质粒子质量约为50 GeV,我发现,这些限制是强于我以前在冰立方在79弦配置进行的太阳WIMP搜索的分析中得出的。
2016-10-19 astro-ph.CO hep-ph
Impact of nuclear structure from shell model calculations on nuclear responses to WIMP elastic scattering for $^{19}$F and $^{nat}$Xe targets
本文利用壳模型计算研究了$^{19}$F和$^{nat}$Xe的核结构对WIMP弹性散射核响应的影响,发现积分核响应值对核结构计算细节具有敏感性。
2022-09-30 hep-ph nucl-th
The effective theory of nuclear scattering for a WIMP of arbitrary spin
我们介绍了一个系统的方法来描述最一般的非相对论性的WIMP核相互作用的伽利略不变性允许的任意自旋$j_χ$在单核子流近似的WIMP。自由核子狄拉克双线性的非相对论极限产生五种核子流。我们的程序包括:(1)根据$2 j_χ$的WIMP自旋矢量的$2 j_χ+1$不可约算符积的秩来组织WIMP流,(2)将每个WIMP流耦合到五个核子流中的每一个。转移的动量$q$似乎是一个由旋转不变性固定的幂。对于自旋为$j_χ$的WIMP,我们找到了4+20个$j_χ$独立算符的基,这些算符穷尽了在单核子流近似下驱动弹性WIMP-核散射的所有可能算符。通过比较我们的运营商的基础上,这是完整的,运营商已经在文献中介绍,我们表明,后者的$j_χ=1$的一些是不独立的,有些是失踪。我们提供了明确的公式平方散射振幅的核响应函数,这是在文献中使用的大部分WIMP直接检测实验的目标。
2020-08-12 astro-ph.CO hep-ph
Elastic and inelastic scattering of neutrinos and weakly interacting massive particles on nuclei
本文研究了有望在吨级稀有事件探测器中探测到的WIMP-核和中微子-核散射过程的事件率。我们专注于核同位素,对应于当前和未来的实验寻找WIMP和中微子核事件的目标核。原子核结构的计算,在变形壳模型的上下文中进行,是基于Hartree-Fock的角动量投影和带混合的弹性和非弹性通道的内禀状态。我们在高反冲能尾的预测表明,通过包含不可忽略的非相干通道,可以解释测量/预期信号的可检测失真
2020-09-08 hep-ph nucl-th
Simulations of 3-Dimensional Recoil Response to Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering Events in Directional Direct Dark Matter Detectors
本文模拟太阳B-8中微子引起的三维相干弹性中微子-原子核散射事件,发现其核反冲角分布呈环状并具有年度变化,与WIMP信号不同。
2026-06-12 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Analytic Estimates of the QCD Corrections to Neutrino-Nucleus Scattering
研究了中微子在核上的深非弹性散射的QCD修正,并解析地估计了它们的大小。对于等压线目标,我们证明了对中性事件与带电电流事件之比的主要QCD修正被sin ^[4 θ_W]所抑制,其中θ_W是弱混合角。然后,我们讨论了NuTeV确定sin ^2 θ_W的意义。
2003-10-13 hep-ex hep-ph
Are direct search experiments sensitive to all spin-independent WIMP candidates?
对自旋无关弱相互作用大质量粒子(WIMP)直接搜索的一般分析假设自旋无关的WIMP与两个核子的耦合强度相同,\textit{i.e.}认为自旋无关的相互作用也是完全的同位旋无关的。虽然在一个完全依赖于同位旋的相互作用的情况下,自旋无关的WIMP核截面强烈淬火,领先的实验仍然足够敏感,设置限制1-2个数量级的严格比传统的。在依赖于同位旋的情况下,CDMS-II和ZEPLIN-I的极限之间的差异显著减小。在这里,一个模型独立的框架进行了讨论,并应用于获得当前的一般模型独立的限制。
2005-04-18 astro-ph 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
Relativistic mean-field corrections for interactions of dark matter particles with nucleons
考虑核动力学效应,研究了核介质中弱相互作用大质量粒子(WIMPS)与核子的相互作用。从相对论平均场近似出发,导出了非相对论有效算符。某些相互作用接收不可忽略的修正,这可能会显着改变这些有效的运营商的WIMP核散射截面的灵敏度。
2021-03-06 hep-ex hep-ph nucl-th
Standard Model anatomy of WIMP dark matter direct detection II: QCD analysis and hadronic matrix elements
弱相互作用的大质量粒子(WIMPs)在电弱尺度指定的模型系统地匹配到有效的理论在强子尺度的WIMPs-核散射观测值进行评估。计算了最低维夸克胶子有效算符完备基的反常维数和重夸克阈值匹配条件。求解了由此得到的QCD重整化群演化方程。评述了有关强子矩阵元的研究现状,给出了唯象图解,包括核子与重$SU(2)_W\times U(1)_Y$荷电WIMP散射普适极限的计算细节.几个以前低估的强子不确定性的情况下被孤立。结果连接任意指定的模型在电弱标度的基础上的$n_f=3$味QCD运营商。导出了非相对论核子有效理论中算符的完备基和通过$v^2/c^2$阶的Lorentz不变性约束。
2014-09-29 hep-ph
Nuclear proton and neutron distributions in the detection of weak interacting massive particles
在评价弱相互作用大质量粒子(WIMP)探测率时,通常采用从电荷分布中提取的形状因子来描述WIMP-核截面。在这项工作中,我们使用不同的质子和中子分布从Hartree-Fock计算。我们研究了这种选择对六个具有不同中子过剩的原子核的总探测率的影响,这些原子核取自原子核图的不同区域。如果考虑与同位旋相关的WIMP-核子相互作用,则质子和中子的不同分布的使用变得更加重要。对质子和中子密度的不同描述的需要随着探测能量阈值的降低而减少。
2012-11-08 hep-ph nucl-th
Generalized Analysis of Weakly-Interacting Massive Particle Searches
我们进行了广义分析的数据从WIMP搜索实验的点状WIMP的任意自旋和一般的洛伦兹不变的WIMP核相互作用。我们发现,在非相对论性的限制,只有自旋无关(SI)和自旋相关(SD)的WIMP-核子相互作用的生存,这可以参数化只有五个独立的参数。我们探索这个五维参数空间,以确定是否在DAMA实验中观察到的年度调制可以与所有其他实验一致。除了WIMP质量接近50 GeV和WIMP-中子SI耦合与WIMP-质子SI耦合之比$-0.77\le f_n/f_p\le -0.75$的参数空间的很小区域外,排除了纯SI相互作用。对于占主导地位的SD相互作用,我们发现一个上限的WIMP质量约为18 GeV,这只能被削弱,如果来自零搜索能量中微子从WIMP湮灭太阳的约束是逃避。没有一个区域的参数空间,可以调和所有的WIMP搜索结果可以很容易地容纳在最小的超对称扩展的标准模型。
2003-07-14 astro-ph hep-ph
Study of WIMP annihilations into a pair of on-shell scalar mediators
在这篇文章中,我们专注于一个新的标量$ϕ$介导的标量/矢量WIMP(弱相互作用的大质量粒子),$ϕ$的质量略低于WIMP的质量。为了解释银河系中心1 - 3 GeV的伽马射线过剩,这里我们考虑的情况下,一个WIMP对主要湮灭成壳层上的$ϕϕ$对与$ϕ$主要衰减到$τ\barτ$。WIMPs的质量在14 - 22 GeV之间,并且WIMPs的湮灭在相空间中被抑制。在这个湮灭方案中,$ϕ$ -标准模型(SM)粒子的耦合几乎是任意小的,并且WIMP-核自旋无关散射可以被现有的暗物质(DM)直接探测所容忍。介绍了一种标量介体-Higgs场混合,它体积小,实用性强。导出了早期宇宙中热平衡对$ϕ$ -SM粒子耦合的下限约束,该约束在直接探测标量DM的中微子本底之上。在未来几年内,在升级后的DM直接探测实验中可能探测到WIMP,而在未来的高亮度$e^+ e^-$对撞机上可能观测到奇异衰变$h \rightarrow ϕϕ$和$ϕ$的产生。
2016-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Nuclear Spin in Direct Dark Matter Search
弱相互作用大质量粒子(WIMPs)是遗迹暗物质(DM)的主要候选者之一。直接DM检测的想法依赖于WIMP与靶核的弹性无关(SD)和自旋无关(SI)相互作用。SD WIMP核相互作用的可靠DM检测的重要性进行了辩论。检测率的绝对下限自然可以归因于SD相互作用。旨在检测灵敏度高于10^{-5}事件/天/kg的DM的实验应具有非零自旋目标。
2004-12-05 hep-ph
Dark Matter collisions with the Human Body
我们研究了弱相互作用大质量粒子(WIMPs)与人体内原子核的相互作用。我们的动机是,WIMP是宇宙中暗物质的绝佳候选者。我们的估计使用70公斤的人和各种WIMP质量和横截面。在身体中的各个元素的贡献,它被发现,占主导地位的贡献是从散射的氧(氢)核的自旋无关(自旋相关)的相互作用。对于60 GeV的WIMP的情况下,我们发现,数十亿的WIMP通过人体每秒,大约10个WIMP击中一个原子核在人体中的平均一年,如果散射是在最大的WIMP相互作用与当前的界限一致。我们还研究了具有更大横截面的10-20 GeV WIMP,这些横截面最适合DAMA,COGENT和CRESST数据集,并发现了更高的速率:在这种情况下,平均每年有多达$10^5$ WIMP击中人体细胞核,相当于几乎每分钟一个。虽然WIMP相互作用是人体辐射的一个来源,但与其他自然来源(包括氡和宇宙射线)相比,每年的辐射量可以忽略不计,而且WIMP碰撞对人类无害。
2012-04-11 astro-ph.CO hep-ph
Dark Atoms of the Universe: towards OHe nuclear physics
宇宙中的非重子暗物质被认为是由新的稳定粒子组成的。一种特殊的情况是可能的,当新的稳定粒子带有普通的电荷,并通过普通的库仑相互作用结合在重“原子”中。这种可能性受到轻元素的异常同位素的限制,这些同位素与普通电子形成带正电荷的重物质。如果带-2电荷的稳定粒子$X^{--}$比它们的反粒子(带+2电荷)多,并且不存在带+1和-1电荷的稳定粒子,那么这个麻烦就可以避免。然后,在大爆炸核合成中形成的原始氦,将所有的$X^{--}$捕获在O-氦(OHe)的中性“原子”中。本文考虑核与OHe系统的薛定谔方程,并将其简化为球对称势中的相对运动方程,该球对称势是由核标量等腰吸引势的Yukawa尾作用于核外He,以及核与OHe之间的偶极库仑排斥作用在He与核表面之间的小距离处形成的。介导标量同位旋核势的$σ$ -介子的耦合强度和质量值是相当不确定的。在这些不确定性和近似的矩形势阱和墙,我们发现这些参数的范围内,钠核有几个千电子伏的结合能与OHe。结果还强烈依赖于决定核大小的参数$d_o$的精确值。在核参数下,再现DAMA结果,OHe-核束缚态只能存在于中间核中,因此排除了与探测器中的这些结果的直接比较,包含非常轻的核(例如$^3He$)和重核(如氘)。
2010-11-20 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Model-independent WIMP Scattering Responses and Event Rates: A Mathematica Package for Experimental Analysis
该社区对WIMP-核相互作用的简化描述的依赖反映了缺乏将暗物质的一般理论与核响应函数的标准处理相结合的分析工具。为了弥合这一差距,我们已经构建了一个公共领域的Mathematica包WIMP分析的基础上,我们有效的理论制定。脚本输入是1)有效理论的系数,通过它可以表征WIMP相互作用的任意紫外理论的低能后果; 2)常用靶的单体密度矩阵,相关核物理的最紧凑的描述。有效理论扩展的通用性保证了脚本将保持相关的新的紫外线理论的探索;密度矩阵的使用,从粒子物理因子的核物理将允许原子核结构理论家更新脚本新的计算变得可用,独立于特定的粒子物理上下文。Mathematica软件包输出结果响应函数(和相关的形状因子)和微分事件率,一旦银河系WIMP速度剖面被指定,因此在其目前的形式提供了一个完整的框架进行实验分析。Mathematica脚本不需要非相对论性有效场论或核物理的先验知识,尽管核心概念在这里和arXiv:1203.3542中进行了回顾。
2013-08-28 hep-ex hep-ph nucl-ex
Impact of shell model interactions on nuclear responses to WIMP elastic scattering
本研究通过壳模型计算评估多种靶核的WIMP弹性散射核响应函数,发现除自旋无关通道外,响应显著依赖壳模型相互作用,需在暗物质直接探测分析中考虑核结构不确定性。
2023-11-27 hep-ph nucl-th
First results on the scalar WIMP-pion coupling, using the XENON1T experiment
我们目前的标量WIMP介子耦合从1吨$\times$年的曝光与氙1 T实验的第一个结果。这种相互作用是在弱相互作用与原子核中核子之间交换的虚π介子耦合时产生的。与大多数非相对论性算符相反,这些π介子交换流可以通过核子总数相干增强,因此在自旋无关的WIMP-核子相互作用被抑制的情况下可能占主导地位。此外,对于耦合的自然值,由于它们在核中的相干性,它们在自旋相关通道上占主导地位。使用这个新的WIMP-π介子通道的信号模型,没有发现明显的过量,导致在30 GeV/c $^2$ WIMP质量下的上限截面为$6.4\times10^{-46}$ cm $^2$(90%置信水平)。
2019-02-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Non-perturbative QCD effects in $η_c$ and $η_b$ decays into baryons and WIMP scattering off nuclei
在这项工作中,我们估计的螺旋抑制$η_b$共振到重子对的衰变率由于瞬子诱导的影响,通过重新调整相应的部分宽度的实验测量的分支比的$η_c(1S) \to p\bar{p}$和$η_c(1S) \to Λ\bar(Λ)$衰变模式。因此,我们指出,$η_b(1S) \to p\bar{p}$和$η_b(1S) \to Λ\bar(Λ)$通道可以在超级B工厂和LHC实验中检测到。此外,我们研究了相关的瞬子诱导的影响WIMP散射核的结论,虽然有很大的不确定性,他们可能会提高自旋相关的横截面的轻赝标量希格斯玻色子介质,从而诱导依赖于动量转移到recoling核。
2012-12-05 astro-ph.HE hep-ph
Direct Wimp Detection in Directional Experiments
最近的WMAP数据证实了奇异暗物质与真空能量(宇宙学常数)一起在扁平宇宙中占主导地位。因此,直接寻找暗物质,包括探测反冲核,是粒子物理学和宇宙学的核心。现代粒子理论自然提供了质量在GeV-TeV范围内的可行冷暗物质候选者。超对称性提供了最轻的超对称粒子(LSP),额外维度理论提供了最轻的卡鲁扎-克莱因粒子(LKP)等。在这些理论中,预期的速率远低于目前的实验目标。因此,人们应该利用反应的特征信号,如调制效应,以及定向实验中事件率与太阳运动的相关性。在标准的非定向实验中,调制很小,小于2%,最大值的位置取决于未知粒子的质量。在定向实验中,除了由于太阳的运动而导致的前后不对称性之外,人们还期望更大的调制,这取决于观察的方向。我们研究这样的影响,在一个轻的和一个重的目标的情况下。此外,由于现在看来,计划中的实验将是部分定向的,在这个意义上,他们只能检测到反冲核的线,但不能检测到它的方向感,我们研究上述有趣的特征,如果有的话,将坚持在这些不太雄心勃勃的实验。
2006-11-17 hep-ph
Dark matter electromagnetic dipoles: the WIMP expectation
本文系统地研究了暗物质与标准模型带电费米子相互作用时,在单圈水平上产生的电偶极矩和磁偶极矩。与它们的循环性质有关,这些时刻在很大程度上取决于四费米子算符原点处的UV完成。我们说明了这个属性,考虑明确两个简单的方法来生成这些运营商,从$t$或$s$通道树级交换。固定这些相互作用的强度从DM遗迹密度约束,我们得到特别是磁矩,取决于所考虑的相互作用,通常位于$10^{-20}$之间的$10^{-23}$ ecm或相同的消失。这些非零值诱导,通过光子交换,DM-核散射截面,可以探测当前或不久的将来的直接检测实验。
2021-06-02 astro-ph.CO hep-ph
Impact of COHERENT measurements, cross section uncertainties and new interactions on the neutrino floor
我们重新考虑的发现限制的多吨直接检测暗物质实验的光的相干弹性中微子核散射过程的最新测量。假设截面是完全由数据确定的参数,而不是使用其标准模型预测,我们使用相干CsI和LAr数据集来确定WIMP发现极限。基于数据驱动的方法,因此,结果不受理论假设的影响,并且落在XENONNT和DARWIN具有最佳预期灵敏度的WIMP质量区域内。我们进一步确定了次主导核形状因子和弱混合角不确定性对WIMP发现极限的影响。我们指出,这些影响虽然很小,但应予以考虑。此外,为了量化中微子背景中新物理效应的影响,我们重新审视了WIMP发现极限,假设光矢量和标量介质以及中微子磁矩/跃迁。我们强调,在中微子部门的新的相互作用的存在下,在一般情况下,倾向于恶化的WIMP发现限制。
2022-01-27 hep-ph
Low-mass constraints on WIMP effective models of inelastic scattering using the Migdal effect
本研究利用Migdal效应拓展了非弹性散射WIMP有效场论耦合的低质量约束,系统对比了Migdal效应与核反冲搜索在$m_χ-δ$参数空间的约束,明确了不同实验在不同参数区间的约束强度差异。
2025-01-14 hep-ex hep-ph
Theoretical direct WIMP detection rates for transitions to nuclear excited states
最近的WMAP和Planck数据证实了奇异暗物质与真空能量(宇宙学常数)一起在平坦宇宙中占主导地位。标准模型的许多扩展提供了暗物质候选者,特别是弱相互作用大质量粒子(WIMP)。因此,直接探测暗物质是粒子物理学和宇宙学的核心。迄今为止,关于这个问题的大部分研究都集中在反冲核的探测上。在本文中,我们研究了某些具有足够低的激发态的原子核可能发生的向激发态的跃迁。前面考虑的例子是$^{127}$ I和$^{129}$ I的第一激发态。我们在这里检查$^{83}$ Kr,它提供了一些运动学上的优势,目前被认为是一个可能的目标。我们发现可观的非弹性散射的自旋截面介导的分支比,与$4.4\times 10^{-4}$公斤$^{-1}$ d $^{-1}$的非弹性事件率。因此,在这些状态去激发之后的伽马射线的额外签名原则上可以通过实验来利用。并对实验的可行性作了简要的讨论
2015-04-10 hep-ph
Coherent Neutrino Scattering in Dark Matter Detectors
相干弹性中微子和WIMP核相互作用的签名预计是非常相似的。本文讨论了下一代吨级暗物质探测器如何发现中微子-核相干散射,这是一个精确预测的标准模型过程。一个高强度的π介子和μ介子衰变静止中微子源最近提出的振荡物理在地下实验室将提供这些测量的中微子。在本文中,我们计算了暗物质探测器中常用的各种目标材料的原始速率,并表明在乐观的能量阈值和效率情况下,使用2吨的$\cdot$年GEODM曝光可以发现这种相互作用。我们还研究了中微子源对WIMP灵敏度的影响,并讨论了调制中微子信号作为DUSEL不同暗物质实验之间的灵敏度/一致性检查。此外,我们认为相干中微子物理的可能性与GEODM模块放置在几十米的中微子源。
2011-09-05 hep-ex hep-ph
Recoiling Ion-Channeling in Direct Dark Matter Detectors
在直接探测实验中,WIMP碰撞后反冲核在晶体探测器中的通道效应会产生比预期更大的闪烁或电离信号。我目前估计的通道分数使用分析模型从20世纪60年代起,描述通道和阻塞效应。我们发现分数太小,影响适合潜在的WIMP候选人。我也检查了探测到由于通灵而导致的暗物质信号的每日调制的可能性。
2012-01-22 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Neutrino-nucleus quasi-elastic and 2p2h interactions up to 10 GeV
我们扩展到10 GeV的带电电流中微子核反应,不产生π介子在最终状态的微观计算结果。对于来自中微子与两个核子相互作用产生两个空穴(2 p2 h)的事件,将计算限制在小于1.2 GeV的三个动量转移中,会产生动量和能量转移的二维分布,该分布作为能量的函数大致恒定。2 p2 h相互作用的截面与等夸克核的核子数成比例,类似于准弹性(QE)截面。当限制在1.2 GeV以下的动量转移时,截面是3 GeV时QE断面截面的26%,但是如果我们忽略Δ 1232共振吸收分量,则为14%。同样的数量是33%和17%的反中微子。对于准弹性相互作用,与长程相关的全核模型产生一个更大的,但近似恒定的扭曲的形状的四个动量转移在所有能量超过2 GeV。对于这些相互作用,2 p2 h增强和长程相关对截面的扭曲是足够显著的,它们应该在精确的实验中被观察到,以测量这些能量下的中微子振荡和中微子相互作用,但也会平衡,产生比每个效应单独产生的总扭曲更少的总扭曲。
2014-02-14 hep-ph nucl-th
Paleo-Detectors as a Novel Probe of Dark Matter-Nucleus Effective Interactions
The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
该研究提出用古探测器探测暗物质,基于地质时间积累的矿物损伤径迹,在1 GeV/c²至10 GeV/c²暗物质质量区间,其对多种NREFT算符介导的相互作用灵敏度优于传统直接探测实验。
2026-08-28 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Reanalysis of nuclear spin matrix elements for dark matter spin-dependent scattering
我们展示了如何包括在现有的计算核以外的$^{129}$的,$^{131}$的,最近发现在参考文献\cite{Menendez1}的手征有效场理论中产生的矢量耦合的修正。通过重新定义静态自旋矩阵元$< \mathbf{S}_{p,n} >$,可以考虑占主导地位的、与动量无关的2体电流效应。通过进一步使用由1-体水平结构函数建立的$q\neq 0$的归一化形状因子,我们证明了WIMP-核截面和WIMP-核子截面的上限与由2-体水平精确函数得到的结果是一致的.我们明确地表明,它的情况下,氙100限制的WIMP-中子截面,我们重新计算的限制的WIMP-质子自旋相关的截面设置COUPP。我们还给出了实用的公式,以获得$< \mathbf{S}_{p,n} >$给定的结构功能中存在的各种形式主义/符号文献。我们认为,标准处理的自旋相关的截面方面的三个独立的同位旋函数,$S_{00}(q)$,$S_{11}(q)$,$S_{01}(q)$,是多余的意义上的干涉函数$S_{01}(q)$是双重产品$|S_{01}(q)|=2\sqrt{S_{00}(q)}\sqrt{S_{11}(q)}$,即使包括新的有效场论修正。
2013-04-01 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Nuclear medium effects in lepton-nucleus DIS in the region of $x \gtrsim 1$
在包括$x\ge 1$在内的大$x$区,研究了带电轻子和中微子与核靶深度非弹性散射(DIS)的原子核结构函数和微分截面中的核介质效应.利用微观场论模型计算的核子谱函数,考虑了费米运动引起的核介质效应、核子结合能和核子关联。用次-次-领先阶(NNLO)计算的核子结构函数和核子部分子分布函数(PDFs)的MMHT参数化,得到了核结构函数和散射截面的数值计算结果,并与Jefferson实验室(JLab)和SLAC核物理装置(SLAC)的电子散射实验数据进行了比较。NPAS)。在中微子散射的情况下,结果是相关的理解DIS的贡献,最近的包容截面的主注入中微子实验研究的v-A相互作用(MINERvA)测量以及理论预测深地下中微子实验(DUNE)。还讨论了等标度修正在较重核靶中的重要性以及运动学切割对CM能量$W$的影响。
2022-02-24 hep-ph nucl-th
The $η$- and $η'$-nucleus interactions and the search for $η$, $η'$- mesic states
在量子色动力学中,等序$η$和$η'$介子是特殊的,它们既与手征对称性有关,又与轴向反常的非微扰胶有关。这些介子在介质中的性质对这些动力学在核环境中的工作方式很敏感。与主要通过库仑相互作用结合的介子不同,中性介子$η$和$η'$只能通过强相互作用结合.这种互动是否足够强大?这一主题激发了一个充满活力的计划的实验,进行了密切联系的理论,一个必须确定复杂的$η$,$η'$ -核潜力。实部$V$是否提供足够深的电势?虚部$W$是否足够小,以允许更容易通过实验检测到的窄态,即$|W| \ll |V|$?观察到$η'$有效质量在核物质密度下被$\approx -40$ MeV抑制。绑定状态搜索正在进行中。本文概述了这一领域的知识状况,并对未来的实验进行了展望。
2021-12-06 hep-ph nucl-ex nucl-th
Model-independent Analyses of Dark-Matter Particle Interactions
一个独立于模型的处理暗物质粒子弹性散射已被开发,产生最普遍的相互作用的WIMP核子低能散射,并由此产生的振幅已被嵌入在核中,考虑到宇称和时间反演施加的选择规则。结果发现,与通常的自旋无关/自旋相关(SI/SD)公式相反,所得到的截面包含六个独立的核响应函数,其中三个与可能的速度相关的相互作用。我们发现,目前的实验是四个数量级更敏感的导数耦合比是明显的标准SI/SD治疗,这必然与这种相互作用的截面的WIMP速度相对于核质心的平方成比例。
2014-05-26 hep-ex hep-ph nucl-ex
The phenomenology of nuclear scattering for a WIMP of arbitrary spin
本文首次对描述任意自旋$j_χ$的弱相互作用大质量粒子(WIMP)核散射过程的非相对论有效哈密顿量的唯象性进行了系统和定量的讨论。为了这个目的,我们从一个有代表性的样本,目前的直接检测实验,假设的WIMP核散射过程被驱动的44个有效的耦合,出现$j_χ\le$ 2的每一个。我们发现,一个高的值的多极$s\le 2 j_χ$的耦合,相关的动力的动量转移$q$出现在散射振幅,导致抑制预期的速率,并推动预期的差分谱大反冲能量$E_R$。对于$s\le$ 4的直接检测实验探测的有效尺度可以被抑制高达5个数量级相比,一个标准的自旋无关的相互作用的情况下。对于具有大$s$的算子,预期的微分谱可以被推到MeV范围内的反冲能量,信号的最大部分集中在$E_R\gtrsim$ 100 keV处,并且当核靶和WIMP都很重时,会出现峰和最小值的特殊结构。因此,本界的有效运营商可以显着改善通过扩展的反冲能量区间更高的反冲能量。我们的分析假设有效的相互作用算子是不可约的旋转组。这些算符驱动高多极暗物质候选者的相互作用,即只拥有其自旋所允许的最高多极的状态。因此,我们的分析也代表了第一次现象学研究的直接检测的四极,八极,和hexadecapolar暗物质。
2021-02-19 astro-ph.CO hep-ph
Deep inelastic (anti)neutrino-nucleus scattering
本文综述了(反)中微子在大范围的Bjorken变量$x$和四动量转移平方$Q^2$中引起的核靶深部非弹性散射的场论模型研究现状~ \cite{Haider:2011qs,Haider:2012nf,Haider:2016zrk,Zaidi:2019mfd,Zaidi:2019asc,Ansari:2020xne}。讨论了非微扰修正如靶质量修正和高扭曲效应、部分子密度的微扰演化、核子结构函数中的核介质修正、核等标度修正等对弱原子核结构函数的影响。这些结构函数已被用来获得微分散射截面。讨论了$x$和$Q^2$不同区域的费米运动、结合能、核子关联、介子贡献、遮蔽和反遮蔽修正等核介质效应。的结构函数和截面的数值结果进行了比较与一些可用的实验数据,包括最近的结果从MINERvA。这些预测是在计划用作费米实验室DUNE靶材料的氩核靶中进行的。
2021-06-28 hep-ph
Constraints on Spin-Independent Nucleus Scattering with sub-GeV Weakly Interacting Massive Particle Dark Matter from the CDEX-1B Experiment at the China Jin-Ping Laboratory
我们报告的结果弱相互作用的大质量粒子(WIMPs)与亚GeV的质量($m_χ$)通过弱相互作用的核自旋无关散射Migdal效应纳入搜索。对CDEX-1B数据进行了时间积分(TI)和年度调制(AM)效应分析,TI分析的$\cdot$日暴露量为737.1 kg,阈值为160 eVee,AM分析的$\cdot$日暴露量为1107.5 kg,阈值为250 eVee。$m_χ$中的敏感窗口扩大了一个数量级,以降低DM质量,并加入Migdal效应。在90%置信水平下,$σ_{χN}^{\rm SI}$的新限值推导为$2\times$ 10 $^{-32}\sim7\times$ 10 $^{-35}$ $\rm cm^2$(用于在$m_χ\sim$ 50 $-$ 180 MeV/ $c^2$下进行TI分析)和$3\times$ 10 $^{-32}\sim9\times$ 10 $^{-38}$ $\rm cm^2$(用于在$m_χ\sim$ 75 MeV/$c^2-$ 3.0 GeV/ $c^2$下进行AM分析)。
2019-10-15 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Ion-Channeling in Direct Dark Matter Crystalline Detectors
在直接探测实验中,WIMP碰撞后反冲核在晶体探测器中的通道效应会产生比预期更大的闪烁或电离信号。我目前的估计,这种影响在碘化钠,硅和锗晶体的重要性,从20世纪60年代起开发的分析模型来描述沟道和阻塞效应。
2010-12-17 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph