Direct dark matter detection: The diurnal variation in directional experiments
本文介绍了与直接暗物质探测实验有关的一些理论结果，特别注意了定向实验，即不仅能观测到反冲核的能量而且能观测到反冲核的方向的实验。在定向实验中，检测率取决于线观测与太阳运动方向之间的角度。然而，由于观测的方向相对于地球是固定的，而地球绕着它的轴旋转，在定向实验中，观测方向和太阳运动方向之间的角度在白天会发生变化。因此，在这样的实验中观察到的信号将呈现出非常有趣的和特征性的周期性日变化。
2010-09-03 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Probing the Earth's interior with a large-volume liquid scintillator detector
未来的大体积液体闪烁体探测器将提供对源自铀和钍链的$β$衰变的地球反中微子的高统计测量。此外，中子在探测反应$\barν_e+p\to n+e^+$中的向前位移提供了方向信息。我们调查的要求，这样的探测器来区分某些地球物理模型的基础上的地中微子通量的角度依赖性。我们的分析是基于蒙特卡罗模拟与不同水平的光产额，考虑空载和钆负载的发光二极管。我们发现，一个50 kt的探测器，如拟议的LENA（低能中微子天文学）将检测偏离各向同性的地中微子通量显着。然而，对于未加载的闪烁体，如果仅使用方向信息，则在不同地球物理模型之间进行有用区分所需的时间太大。一个装有Gd的闪烁体大大改善了这种情况，尽管一个50 kt的探测器仍然需要几十年的时间来区分地球物理参考模型和一个在地核中有大量中微子源的模型。然而，对地中微子总通量及其光谱的高统计测量仍然提供了对地球内部极其有用的一瞥。
2006-10-04 hep-ph
Inverted dipole feature in directional detection of exothermic dark matter
定向暗物质探测试图测量原子核在与银河系晕中的暗物质粒子相互作用后反冲的运动方向。由于地球相对于银河系的运动，暗物质通量集中在一个优先方向。反冲方向速率的各向异性被认为是暗物质的一个明确无误的特征。平均核反冲方向预计与到达地球的暗物质粒子的平均方向一致。在这里，我们指出，对于一种特殊类型的暗物质，非弹性放热暗物质，平均反冲方向以及一个次要的功能，最大反冲率的环周围的平均反冲方向，而不是相反的平均暗物质到达方向。因此，探测到平均核反冲方向与通常预期的方向相反，将构成对这种类型的暗物质的壮观实验确认。
2016-11-06 astro-ph.CO hep-ph
Directional dark matter by polar angle direct detection and application of columnar recombination
本文系统地研究了直接暗物质探测器探测反冲核极角的方向灵敏度。利用质量无关的弱相互作用大质量粒子（WIMP）方法，计算了一般探测器在等温星系暗物质晕中的灵敏度。通过使用能量和极角的二维分布，一个没有头尾信息的探测器与6.3倍的统计被发现达到相同的性能水平，作为一个完整的三维跟踪暗物质探测器。最佳的操作方向获得各种实验配置，与空间或地球固定的探测器，有头尾能力或没有，并使用能量信息或不。地球固定探测器被发现有最好的灵敏度时，极轴是在一个45度角从地球的极点。在模拟WIMP信号能量分布的背景污染的情况下，发现性能下降的速度小于信号纯度的下降速度。本文报道了以气态氙为靶材料的探测器在不同能量阈值下的性能随WIMP质量的变化关系。我们发现，与$5\times 10^{-46} \mathrm{cm}^2$自旋无关的WIMP核子截面和30 GeV的WIMP，$770$公斤$\cdot$年的曝光与极性探测器的10 keV阈值可以使一个三西格玛发现的定向WIMP在等温银河系暗物质晕。对于柱状复合探测器，实验的考虑进行了讨论。
2015-08-31 hep-ph physics.ins-det
Towards imaging Earth's large-scale structures by directional geoneutrino detection with Ocean Bottom Detector
Tohoku University（东北大学）；University of Hawai'i at Mānoa（夏威夷大学马诺阿分校）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））
提出利用角灵敏地球中微子探测器区分均质地幔与富集钍铀的LLSVP模型，海底探测器OBD可提升空间分辨能力，约束地球内部热和HPE分布。
2026-06-12 astro-ph.EP hep-ex hep-ph
Mapping deep-mantle compositional heterogeneity using a directional geoneutrino detector
Tohoku University（东北大学）；Research Center for Neutrino Science, Tohoku University（东北大学中微子科学研究中心）；Center for Geoneutrino Research, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院海洋研究所地球中微子研究中心）；Department of Earth Science, Tohoku University（东北大学地球科学系）；Department of Geological, Environmental, and Planetary Sciences, University of Maryland（马里兰大学地质、环境与行星科学系）；University of Maryland（马里兰大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））
针对深地幔是否含有富放射性地幔储层（如LLVPs）的争议，提出通过定向地球中微子探测打破传统速率测量的简并性，并基于拟议的海底探测器（OBD）验证了区分化学均匀与非均匀地幔的可行性。
2026-06-16 astro-ph.EP astro-ph.IM hep-ex
Earth-Scattering of super-heavy Dark Matter: updated constraints from detectors old and new
对暗物质（DM）的直接搜索正在不断改进，探索越来越低的DM-核子相互作用截面。然而，对于强相互作用的大质量粒子（SIMP）暗物质，由于大气、地球和探测器屏蔽的阻挡效应，可到达的截面从上方被限制。我们提出了一个仔细的计算的SIMP信号率，侧重于超重DM（$m_χ\gtrsim 10^5 \,\,\mathrm{GeV}$）的标准的核停止形式主义是适用的，并提供代码实现这种计算数值。根据低阈值CRESST 2017表面运行的最新结果，我们将直接检测搜索的最大横截面范围提高了约5000倍，DM质量高达$10^8 \,\,\mathrm{GeV}$。对较长时间接触的次表层清洁发展机制第一阶段的结果（2002年发表）进行的重新分析将以前的横截面范围提高了两个数量级，质量可达$10^{15} \,\,\mathrm{GeV}$。随着补充约束从SIMP捕获和湮灭在地球和太阳，这些改进的限制直接核散射搜索关闭了一些窗口的SIMP参数空间中的质量范围$10^6$ GeV的$10^{13}$ GeV，特别感兴趣的重DM产生的引力在年底的通货膨胀。
2018-06-30 astro-ph.CO hep-ph
SUSY Dark Matter Detection, The Directional Rate and the Modulation effect
探测理论上预期的暗物质是粒子物理学和宇宙学的核心。目前流行的超对称模型提供了一个自然的暗物质候选者，这是最轻的超对称粒子（LSP）。这样的模型结合了相当好理解的物理学，如核子的夸克子结构和原子核结构（形状因子和/或自旋响应函数），允许评估LSP-原子核弹性散射的事件率。然而，由此获得的事件发生率非常低，甚至无法检测。因此，必须利用调制效应，即事件率对地球年运动的依赖性。考虑方向率也是有用的，即它与反冲核方向的关系。在本文中，我们研究了这种调制效应在无方向性和方向性的实验。我们计算的微分和总速率使用等温的，对称的，以及只有轴向不对称的，和非等温的，由于焦散环，速度分布。我们发现，在对称的情况下，调制幅度是小的。焦散环的情况也是如此。不对称的列入，与现实增强的速度分散在银河系的方向，产生增强的调制效果，特别是在定向实验。
2001-06-05 hep-ph
Can Radiogenic Heat Sources Inside the Earth be located by their Antineutrino incoming Directions?
在地球内部U和Th衰变链中产生的反中微子（"Geoneutrinos“）携带了关于放射性热源的数量和分布的信息，这对地球物理学具有根本的重要性。地球模型中U、Th物质主要分布在陆壳和下地幔之间。最近，人们讨论了许多问题，即在适当的地理位置放置一些探测器可以分离地壳和地幔的贡献。在目前的工作中，我们分析了方向分离的反中微子信号到达地壳和下地幔只有一个探测器。我们发现，利用$\bar{ν_e}+p \to n + e^{+}$探测反应和正电子、中子坐标重建技术，用~30千吨液体闪烁反中微子谱仪可以粗略地检验U、Th分布模型。我们还考虑使用~1 MCi商业上可获得的Sr90-Y 90 β源，其发射地中微子能量范围内的反中微子（Emax = 2.28 MeV），进行探测器校准。
2004-11-12 hep-ph
Searching for SUSY Dark Matter- The Directional Rate and the Modulation Effect
对暗物质的探测是粒子物理学和宇宙学的核心。目前流行的超对称模型提供了一个暗物质候选者，最轻的超对称粒子（LSP）。当与相当好理解的物理学（核子的夸克结构和某些原子核结构）结合时，它们产生直接事件率。然而，获得的比率非常低。因此，我们利用的特征签名，如调制效应，即依赖于地球的年度运动的速率，和定向率，即其依赖于反冲核的方向，采用各种速度分布，等温（对称和轴向不对称）和非等温（由于焦散环）。
2000-10-26 astro-ph hep-ph
Theoretical Directional and Modulated Rates for Direct SUSY Dark Matter Detection
奇异的暗物质与真空能量（宇宙学常数）一起似乎在扁平宇宙中占主导地位。因此，直接探测暗物质是粒子物理学和宇宙学的核心。超对称性提供了一个天然的暗物质候选者，最轻的超对称粒子（LSP）。此外，从LSP的密度和速度分布，核子的夸克子结构和原子核结构（形状因子和/或自旋响应函数）的知识，人们能够评估LSP-核弹性散射的事件率。然而，由此获得的事件发生率非常低。因此，必须利用反应的两个特征，即调制效应，即事件速率对地球运动的依赖性，以及方向不对称性，即速率对反冲核方向与太阳速度之间的相对角度的依赖性。这两个签名研究本文采用各种速度分布和超对称模型与通用的边界条件在大tan（β）。
2002-05-01 hep-ph
Directional axion detection
我们开发了一种形式主义来描述扩展现有的轴子晕圈镜设计，具有方向性的灵敏度传入的暗物质轴子速度。如果实验设计的尺寸接近局部轴子场的典型相干长度，那么这种效应是可以测量的。有了方向灵敏度，轴子探测实验将有极大的潜力来探测局部暗物质速度分布。我们发展我们的形式主义一般，但将其应用到具体的实验设计，即谐振腔和介质盘haloscope。我们证明，这些实验是能够测量日常调制的暗物质信号，并用它来重建三维速度分布。这使得人们可以测量太阳特有的速度，探测暗物质速度椭球的各向异性，并确定冷的子结构，如最近发现的地球附近的流。定向实验还可以在更短的时间尺度上识别特征，这可能有助于绘制轴子微团的碎片。
2018-06-15 astro-ph.CO hep-ph
Directional Sensitivity, WIMP Detection, and the Galactic Halo
区分由于核目标的WIMP暗物质散射产生的信号和由于背景噪声产生的信号是一个主要的挑战。地球相对于星系晕的运动应该在事件发生率上产生与星系晕相关的季节性调制，但它也应该产生一个角度信号，这个信号要强得多，也不那么模糊。反冲光谱中的独特图案可以反映出星系晕的细节。我们推导出一种新的形式主义来计算角事件率，并提出了各种晕模型的预测角信号，并计算区分暗物质信号从各向同性背景所需的事件数。
1999-04-30 astro-ph hep-ph
Direct Detection of Dark Matter Bound to the Earth
我们研究的性质和直接检测前景的一个尚未被忽视的人口的暗物质（DM）粒子在轨道上运动的引力约束到地球。这个DM人口预计将通过地球内部的原子核散射形成。我们计算通量和核反冲能谱预计在直接探测实验中考虑探测器的新DM人口与无方向灵敏度，和不同类型的目标材料和DM-核子相互作用。DM粒子绑定到地球表现为一个显着的上升，在所观察到的核反冲能谱的低能量部分。需要约1 eV的超低阈值能量来解决这种效应。它的形状是独立的DM-核散射截面归一化。
2016-08-25 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Supersymmetric Dark Matter - The Directional Rate and the Modulation Effect Due to Caustic Rings
探测理论上预期的暗物质是粒子物理学和宇宙学的核心。目前流行的超对称模型提供了一个自然的暗物质候选者，这是最轻的超对称粒子（LSP）。这种模型的允许参数空间与相当好理解的物理学（夸克子结构的核子和原子核结构）相结合，允许LSP核弹性散射的事件率的评估。由此获得的事件率，这敏感地取决于允许的参数空间参数，通常是非常低的，甚至是不可检测的。因此，为了减少背景，人们希望利用反应的两个很好的特征，定向速率，它取决于太阳的运动方向和调制效应，即事件速率对地球年运动的依赖性。在本文中，我们研究这些现象在一个特定的类的非等温模型，考虑到后期的暗物质进入我们的星系，产生流动的焦散环。我们发现，从这样的模型所产生的调制效果是小于先前发现的等温对称速度分布和小得多相比，使用一个现实的非对称分布与增强的分散在银河系中心的方向。
2001-01-02 hep-ph
Channeling Effect and Improvement of the Efficiency of Charged Particle Registration with Crystal Scintillators
强调了考虑部分低能晶体沿低折射率晶轴和晶面沟道效应的重要性（1-10 keV）反冲离子在用NaI（Tl）等类型的晶体闪烁器测量其参数中的应用。由于通道中的核阻止本领与电子阻止本领相比是低的，因此闪烁器的光产额必须是，在给定的情况下比具有更高能量（几十keV或更高）的离子的能量更高，所述离子通过通道外的核碰撞损失其大部分能量。因此，特别是，可以得出结论，在格兰萨索的DAMA/NaI观测中，信号频率在振幅为2-6 keV电子当量的窄范围内的年度调制可能是由于（普朗克天体类型的）超大质量粒子以30-50 km/s的速度从穿越地球的日心轨道入射到地球上。在NaI（Tl）中，这些粒子产生能量仅为2-6 keV的碘反冲离子。
2008-07-15 hep-ph physics.ins-det
A directional force template for quadratically coupled ultralight dark matter
Leinweber Institute for Theoretical Physics, Department of Physics, University of Michigan（密歇根大学莱因韦伯理论物理研究所物理系）
针对地球周围二次耦合超轻标量暗物质产生的非径向力，开发了方向力信号模板，并利用MICROSCOPE数据重新约束耦合参数，表明新分析可将灵敏度提升一个数量级以上。
2026-09-02 gr-qc hep-ph
Probing the Earth's interior with the LENA detector
未来的大体积液体闪烁体探测器，如拟议的50千吨LENA（低能中微子天文学）探测器，将提供一个高统计测量地球上的反中微子起源于$β$ -衰变的铀和钍链。此外，中子在探测反应$\barν_e+p\to n+e^+$中沿正向散射。阻碍，我们调查到什么程度LENA可以区分某些地球物理模型的基础上的地中微子通量的角度依赖性。我们的分析是基于蒙特卡罗模拟与不同水平的光产额，考虑未加载的PXE闪烁体。我们发现，LENA是能够检测偏离各向同性的地中微子通量具有很高的意义。然而，如果仅使用方向信息，则区分不同地球物理模型所需的时间是几十年的量级。尽管如此，对地中微子总通量及其光谱的高统计测量仍然提供了对地球内部极其有用的一瞥。
2006-10-04 hep-ph
The asymmetry and the diurnal variation in axionic dark matter searches
在目前的工作中，我们研究可能的时间依赖性的影响，在轴子暗物质搜索采用谐振腔。我们发现，共振的宽度，这取决于轴子均方速度在当地的框架，将显示出每年的变化，由于地球绕太阳的运动（调制）。此外，如果实验变成定向的，采用合适的谐振腔，人们预计相对于太阳的运动方向，在观察到的宽度大的不对称性。由于地球绕其轴旋转，这些不对称性将表现为观测宽度的日变化。
2015-07-06 hep-ph
Discovering supernova-produced dark matter with directional detectors
超新星可以产生大量的新粒子流，其质量在MeV尺度上，这是一种对轻暗物质模型感兴趣的质量尺度。当这些新的粒子被扩散性地困在超新星中时，逃逸的通量将以一阶速度扩散的半相对论性出现。因此，来自银河系超新星的重叠发射将在地球上产生这些粒子的总体通量，该通量在时间上近似恒定。然而，这种流量是高度各向异性的，并朝着银河系中心急剧上升。这与宇宙学上大量的类似WIMP的暗物质形成对比，由于银河系的旋转，这种物质似乎来自天鹅座的方向。在本文中，我们证明了需要一个定向探测器，以有效地区分从一个冷的宇宙学丰度的GeV级WIMP的信号和从一个热的人口超新星产生的MeV级暗物质的信号。
2020-09-18 hep-ex hep-ph
The Directional Rate and the Modulation Effect for Direct Supersymmetric Dark Matter Detection
探测理论上预期的暗物质是粒子物理学和宇宙学的核心。目前流行的超对称模型提供了一个自然的暗物质候选者，这是最轻的超对称粒子（LSP）。这样的模型结合了相当好理解的物理学，如核子的夸克子结构和原子核结构（形状因子和/或自旋响应函数），允许评估LSP-原子核弹性散射的事件率。然而，由此获得的事件发生率非常低。因此，必须利用调制效应，即事件率对地球年运动的依赖性。考虑方向率也是有用的，即它与反冲核方向的关系。本文研究了无方向性和有方向性实验中的调制效应。我们计算的微分和总速率usingi都等温，对称，以及只有轴向不对称，和非等温，由于焦散环，速度分布。我们认为，我们发现，在对称的情况下，调制幅度是小的。焦散环的情况也是如此。包含的不对称性，在银河系中心方向的速度分散增强，产生增强的调制效果，特别是在定向实验。
2000-10-15 astro-ph hep-ph
Extracting Dark-Matter Mass from Angular Scanning
Chungnam National University（忠南国立大学）；University of South Dakota（南达科他大学）
本文提出一种新方法，通过二维直接探测实验中的方向性可测参数确定暗物质质量规模，利用暗物质流方向与探测平面角度的曲率编码质量信息。
2026-04-20 hep-ph
SUSY Dark Matter in the Universe- Theoretical Direct Detection Rates
奇异的暗物质与真空能量或宇宙学常数一起似乎在宇宙中占主导地位。更高密度的这种物质似乎被引力困在银河系中。因此，直接探测它是粒子物理学和宇宙学的核心。目前的超对称模型提供了一个自然的暗物质候选者，这是最轻的超对称粒子（LSP）。这样的模型结合了相当好理解的物理学，如核子的夸克子结构和原子核结构（形状因子和/或自旋响应函数），允许评估LSP-原子核弹性散射的事件率。然而，由此获得的事件发生率非常低，甚至无法检测。因此，必须利用调制效应，即事件率对地球年运动的依赖性。考虑方向率也是有用的，即它与反冲核方向的关系。在本文中，我们研究了这种调制效应在无方向性和方向性的实验。我们计算的微分和总速率使用等温的，对称的，以及只有轴向不对称的，和非等温的，由于焦散环，速度分布。我们发现，在对称的情况下，调制幅度是小的。焦散环的情况也是如此。不对称的列入，与现实增强的速度分散在银河系的方向，产生增强的调制效果，特别是在定向实验。
2002-01-04 hep-ph
Directional direct detection of light dark matter up-scattered by cosmic rays from direction of the Galactic center
本研究针对 MeV 尺度暗物质难以直接探测的问题，提出利用宇宙线向上散射机制，模拟核反冲并定量揭示大量暗物质来自银河系中心方向，证明未来方向性探测器能以超过 5σ 置信度验证该特征。
2023-07-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Reconstructing the three-dimensional local dark matter velocity distribution
方向敏感的暗物质（DM）直接探测实验是观测地球附近银河系晕全三维速度分布的唯一途径。在这项工作中，我们比较方法提取信息的本地DM速度分布从一组反冲方向和能量在一系列假设的定向和非定向实验。我们比较一个模型独立的经验参数化的速度分布的基础上的角度离散与模型相关的方法，假设知识的函数形式的分布。三个不同的晕模型，其中包括一系列可能的相空间结构的局部速度分布：一个光滑的麦克斯韦晕，潮汐流和泥石流的方法进行了测试。在每种情况下，我们使用模拟的方向数据，试图重建的形状和参数描述每个模型以及DM粒子的属性。我们发现，经验参数化是能够准确的无偏重建DM质量和截面，以及捕获功能的底层速度分布在某些方向上，而无需任何假设其真正的功能形式。我们还发现，通过提取定向平均速度参数与这种方法可以区分晕模型与不同类别的子结构。
2017-01-09 astro-ph.CO hep-ph
Direct SUSY dark matter detection-Theoretical rates due to the spin
最近的WMAP数据证实了奇异的暗物质和真空能量（宇宙学常数）在扁平宇宙中占主导地位。因此，直接探测暗物质，包括探测反冲的原子核，是粒子物理学和宇宙学的核心。超对称性提供了一个天然的暗物质候选者，最轻的超对称粒子（LSP）。相关的截面产生于两种机制：i）相干模式，由于标量相互作用和ii）自旋的贡献所产生的轴向电流。在本文中，我们将专注于自旋的贡献，预计占主导地位的轻目标。对于这两种模式，都有可能获得可检测的速率，但在大多数模型中，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两个特征，即调制效应和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%。在定向事件率的情况下，我们建议实验利用过程的两个特征，它们基本上独立于所采用的超对称模型，即：1）相对于太阳运动方向的前后不对称性非常大，以及2）调制大得多，尤其是在垂直于太阳速度的平面上进行观测时。在这种情况下，最大值和最小值之间的差异可以大于40%，并且地球在最大值处的相位取决于方向。
2004-06-11 hep-ph
Modulation and diurnal variation in axionic dark matter searches
在目前的工作中，我们研究可能的时间依赖性的影响，在轴子暗物质搜索采用谐振腔。我们发现，共振的宽度，这取决于轴子均方速度在当地的框架，将显示出每年的变化，由于地球绕太阳的运动（调制）。此外，如果实验变成定向的，采用合适的谐振腔，人们预计相对于太阳的运动方向，在观察到的宽度大的不对称性。由于地球绕其轴旋转，这些不对称性将表现为观测宽度的日变化。
2015-11-26 astro-ph.GA hep-ph
Some issues related to the direct detection of dark matter
本文简要回顾了超对称暗物质直接探测中的一些理论问题。在简要讨论了允许的SYSY参数空间之后，我们着重讨论了在测量反冲核能量的实验中，传统中性伴子探测率的确定，如相干和自旋诱导率以及该率对地球运动的依赖性（调制效应）。然后，我们研究的新功能出现在定向实验中，检测反冲核在一个给定的方向。接下来，我们估计跃迁到可及激发核能级的分支比。最后，我们估计的事件率导致原子电离和随后的检测出的电子。
2004-01-23 hep-ph
Some Issues Related to the Direct Detection of SUSY Dark Matter Detection
由于中性中子-核散射的预期速率很小，人们应该利用这种反应的所有特征信号。这些是：（i）在标准反冲测量中，由于地球的运动，事件率的调制。(ii)在定向反冲实验中，事件率与太阳运动的相关性。现在，我们既有调制，调制要大得多，不仅取决于时间，而且还取决于观察的方向，还有很大的前后不对称性。(iii)在非反冲实验中，γ射线在核-LSP碰撞期间随着激发态的衰变而聚集。约6%的分支比是可能的。
2004-10-29 hep-ph
How blind are underground and surface detectors to strongly interacting Dark Matter?
在临界的暗物质-原子核散射截面之上，任何地面直接探测实验都失去了对暗物质的灵敏度，因为地壳、大气和潜在的屏蔽层开始阻挡暗物质粒子。这个临界截面通常通过描述暗物质粒子的平均能量损失来确定。然而，这种处理方法高估了地壳的阻止能力。因此，所获得的界限应被认为是保守的。我们进行蒙特卡罗模拟，以确定各种直接检测实验的临界截面的精确值，并将其与其他暗物质在低质量制度的限制。在这个区域中，我们发现典型的地下和地面探测器完全看不到暗物质的参数空间。参数空间中的这个“洞”很难随着探测器曝光的增加而闭合。专用的地面或高空实验可能是直接探测这部分参数空间的唯一方法。
2018-07-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Luminous Signals of Inelastic Dark Matter in Large Detectors
我们研究发光的暗物质信号的模型与非弹性散射。暗物质$χ_1$从地球中的元素非弹性散射，被踢到激发态$χ_2$，随后在探测器内衰减为单能光子。由于地球的每日自转和问题的各向异性，光子信号表现出很大的恒星日调制：由于太阳相对于银河系的运动，暗物质风来自天鹅座的方向，岩石覆盖层是各向异性的，暗物质散射角也是各向异性的。这使得出色的分离信号从背景。我们研究了两类大型地下探测器对这种调制光子线信号的灵敏度：大型液体闪烁体中微子实验，包括Borexino和JUNO，以及拟议的大型气体闪烁体定向探测实验CYGNUS。Borexino（JUNO）的灵敏度超过了质量分裂$δ\gtrsim 240 (180)$ keV的非弹性核反冲氙实验的界限，是${350 \text{ keV} \lesssim δ\lesssim 600 \text{ keV}}$非弹性暗物质的唯一探针。对于$δ\lesssim 150$ keV，CYGNUS的灵敏度至少与使用$\sim 10 \; {\rm m}^3$体积检测器的氙实验相当，并且可以通过更大的体积和改进的背景抑制来显著更好。这种改进导致了一种不寻常的情况，即即使弹性和非弹性散射截面相当，非弹性信号也成为搜索暗物质的最佳方式。
2019-08-13 hep-ph
Direct Detection of Dark Matter Debris Flows
潮汐剥离暗物质从落入银河系的暗晕中产生狭窄、寒冷的潮汐流，以及空间上更广泛的“碎片流”，形式为贝壳、片和羽状物。在这里，我们专注于通过Lactea II模拟的泥石流，并表明，这种不完全相混合的材料具有独特的高速行为。与潮汐流不同，潮汐流可能不一定与地球的位置相交，泥石流在空间上是均匀的，在8千秒差距，因此保证存在于直接探测实验中入射的暗物质通量中。当地球的参考系速度超过450公里/秒时，在太阳所在的位置，超过一半的暗物质都是由碎屑流组成的，而在更高的速度下，碎屑流的含量则高达80%。因此，对于那些对暗物质分布的高速尾部特别敏感的实验来说，泥石流是最重要的，例如寻找光或非弹性暗物质或具有方向敏感性的实验。我们发现，泥石流产生一个独特的反冲能谱和扩大的入射方向的分布。
2012-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Terrestrial Effects on Dark Matter-Electron Scattering Experiments
一个经过充分研究的可能性是，暗物质可能存在于一个与标准模型隔绝的扇区中，除了所谓的光子入口：普通光子和暗光子之间的动力学混合。这种相互作用可以在暗物质直接探测实验中进行探测，而涉及探测暗物质-电子散射的新实验技术为亚GeV暗物质提供了新的灵敏度。然而，通常隐含地假设暗物质在穿过地球到达探测器时没有改变。本文详细研究了地球阻止对暗物质暗光子模型的影响，发现地球阻止显著降低了XENON 10和DAMIC模型的灵敏度。特别地，我们发现XENON 10仅排除在（5-3000）MeV范围内的质量，而DAMIC仅探测（20-50）MeV。它们相应的截面灵敏度降低到XENON 10的$(5\times 10^{-38}-10^{-30})~{\rm cm}^{2}$和DAMIC的$\sim 10^{-31}~{\rm cm}^{2}$周围的小窗口之间的截面窗口。我们还研究了未来DAMIC运行的影响。
2017-07-20 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Spectral signatures of axionlike dark matter
我们推导出的光谱线形状的期望信号的晕镜实验寻找类轴子暗物质。这些线的形状的知识是需要优化的实验设计和数据分析程序。我们将先前已知的轴子-光子和轴子-胶子耦合的结果推广到梯度（轴子-费米子）耦合的情况。梯度相互作用的一个独特的特点是它不仅依赖于星系晕星系晕粒子的大小，而且依赖于它们的速度方向，这导致了相应的晕镜的方向灵敏度。我们还讨论了由地球自转和轨道运动引起的梯度信号的日调制和年调制。在检测的情况下，这些周期性调制将是一个重要的确认，即信号是由我们银河系晕中的类轴子粒子发出的。
2022-02-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
