Design and Construction of the DEAP-3600 Dark Matter Detector
利用氩脉冲形状鉴别（DEAP）的暗物质实验是为了使用单相液态氩靶直接探测粒子暗物质而设计的。对于100 GeV/ $c^2$质量的弱相互作用大质量粒子（WIMP）在核子上的自旋无关散射，DEAP-3600的投影截面灵敏度为$10^{-46}~\rm{cm}^{2}$，基准曝光量为3吨-年。本文介绍了DEAP-3600探测器的物理性能和结构。
2018-04-10 astro-ph.IM hep-ex
Boosted decision trees approach to neck alpha events discrimination in DEAP-3600 experiment
机器学习在高能物理领域有着广泛的应用，可以帮助物理界进行粒子分类和数据分析。在这里，我们描述了机器学习的应用，以解决分类的背景和信号事件的DEAP-3600暗物质搜索实验（SNOLAB，加拿大）的问题。我们应用了ML的Boosted Decision Trees（BDT）算法，并对Extra Trees和Extra Gradient Boosting（XGBoost）方法进行了改进。
2020-09-02 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
First direct detection constraints on Planck-scale mass dark matter with multiple-scatter signatures using the DEAP-3600 detector
具有普朗克尺度质量的暗物质粒子（$\simeq10^{19}\text{GeV}/c^2$）出现在动机良好的理论中，可以由几种宇宙学机制产生。利用SNOLAB的3.3吨单相液态氩基暗物质实验DEAP-3600在813 d的生存时间内收集的数据进行盲分析，寻找超大质量暗物质，寻找多重散射信号。没有观察到候选信号事件，导致普朗克尺度质量暗物质的第一个直接检测限制。前导极限将暗物质的质量限制在$8.3\times10^{6}$和$1.2\times10^{19} \text{GeV}/c^2$之间，并将$^{40}$ Ar上的散射截面限制在$1.0\times10^{-23}$和$2.4\times10^{-18} \text{cm}^2$之间。这些被用来约束两个复合暗物质模型。
2022-01-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Dark Matter Search with the DEAP-3600 Detector using the Profile Likelihood Ratio Method
Carleton University（卡尔顿大学）；Arthur B. McDonald Canadian Astroparticle Physics Research Institute, Queen’s University（阿瑟·B·麦克唐纳加拿大天体粒子物理研究所，女王大学）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；TRIUMF（特里姆夫实验室）；Department of Physics, University of Alberta（阿尔伯塔大学物理系）；Rutherford Appleton Laboratory（卢瑟福·阿普尔顿实验室）；School of Natural Sciences, Laurentian University（劳伦森大学理学院）
DEAP-3600探测器利用轮廓似然比方法分析790.8活时间的数据，通过能量、脉冲形状判别参数和探测器内重建位置三个参数提高信号灵敏度，排除了暗物质粒子与氩核的非轨道交叉截面。
2026-03-14 astro-ph.CO hep-ex
The DEAP-3600 liquid argon optical model and NEST updates
本文介绍了DEAP-3600暗物质探测器的液氩光学模型，通过综合热力学数据估算关键光学参数及其不确定性，并展示了NEST模拟软件的更新。
2024-01-03 hep-ex physics.ins-det
Constraints on dark matter-nucleon effective couplings in the presence of kinematically distinct halo substructures using the DEAP-3600 detector
DEAP-3600是一种单相液氩探测器，旨在直接探测弱相互作用大质量粒子（WIMP），位于SNOLAB（Sudbury，Canada）。在分析了运行第一年的数据后，我们用零结果来确定WIMP-核子自旋无关的等截面截面的上限。本研究在非相对论有效场论框架内重新解释了这一结果，并进一步研究了本地暗物质晕中各种可能的子结构如何影响这些约束。盖亚卫星和其他最近的天文调查观测到的局部恒星分布中的运动学结构暗示了这种子结构。这些包括盖亚香肠（或土卫二），以及一些在最近的研究中确定的不同的溪流。给出了有效接触相互作用算子$\mathcal{O}_1$、$\mathcal{O}_3$、$\mathcal{O}_5$、$\mathcal{O}_8$和$\mathcal{O}_{11}$的耦合强度的限制，考虑了等势、等矢量和疏异性的情况，以及对应于毫电荷、磁偶极子、电偶极子和回极点相互作用的特定算子。晕子结构对每个这些运营商的影响进行了探讨，以及，表明$\mathcal{O}_5$和$\mathcal{O}_8$运营商是特别敏感的速度分布，即使在暗物质质量超过100 GeV/ $c^2$。
2022-01-05 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
First results from the DEAP-3600 dark matter search with argon at SNOLAB
本文报道了用DEAP-3600单相液氩（LAr）探测器直接搜索暗物质的第一批结果。实验在SNOLAB（Sudbury，Canada）地下2公里处进行，使用大靶质量，LAr靶包含在3600 kg容量的球形丙烯酸容器中。LAr由光电倍增管阵列观察，光电倍增管阵列将记录由暗物质粒子散射引起的罕见核反冲信号产生的闪烁光。对在初始填充阶段期间用几乎满的探测器采集的4.44个存活日（基准暴露量为9.87吨-日）的数据的分析表明，在氩气中使用脉冲形状辨别的探测器性能和最佳电子反冲抑制，具有泄漏$<1.2\times 10^{-7}$（90% C.L.）在16和33 keV之间的$_{ee}$。没有观察到候选信号事件，这导致了氩上WIMP-核子自旋无关截面的领先极限，对于100 GeV/c $^2$质量（90% C. L.）的$<1.2\times 10^{-44}$ cm $^2$。
2018-08-13 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Measurement of the muon flux at SNOLAB using the DEAP-3600 experiment
Carleton University（卡尔顿大学）；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）；TRIUMF（特利尔姆夫实验室）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）；Laurentian University（劳伦森大学）；Arthur B. McDonald Canadian Astroparticle Physics Research Institute, Queen’s University（女王大学阿瑟·B·麦克唐纳加拿大天体粒子物理研究所）；INFN Cagliari（意大利国家核物理研究院卡利亚里分部）
本研究利用DEAP-3600实验测量SNOLAB处缪子通量，通过符合分析得到其通量值，结果与SNO实验及MUTE软件模拟相符，为稀有事例搜寻提供重要基准。
2026-08-24 hep-ex
Search for dark matter with a 231-day exposure of liquid argon using DEAP-3600 at SNOLAB
DEAP-3600是一个单相液氩（LAr）直接探测暗物质实验，在SNOLAB（加拿大萨德伯里）地下2公里处运行。该探测器由3279公斤的LAr包含在一个球形丙烯酸容器。本文报告了在运行的第一年期间，在231个存活日期间，对758吨\cdot日暴露量进行的分析。在所关注的WIMP搜索区域中没有观察到候选信号事件，这导致在90\% C下对于100 GeV/c $^{2}$（1 TeV/c $^{2}$）WIMP质量，LAr靶上WIMP-核子自旋无关截面的领先极限为$3.9\times10^{-45}$ cm $^{2}$（$1.5\times10^{-44}$ cm $^{2}$）。L.除了一个详细的背景模型，该分析表明，最好的脉冲形状歧视在LAr阈值，采用贝叶斯光电子计数技术，以提高能量分辨率和歧视效率，并利用两个位置重建算法的基础上PMT电荷和光子到达时间。
2019-07-04 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Can Tonne-Scale Direct Detection Experiments Discover Nuclear Dark Matter?
核暗物质的模型提出，暗扇区包含由暗核子组成的大型复合态，类似于标准模型核。我们研究了直接检测现象的一类特定的核暗物质模型在当前一代的吨级液体惰性实验，特别是DEAP-3600和XENON 1 T。在我们选择的核暗物质方案中，由于复合暗物质状态的非点状性质，反冲能谱中出现了独特的特征。我们计算了区分这些光谱所需的事件的数量从一个标准的点状WIMP状态与衰减指数反冲光谱。在核暗物质参数空间的最有利区域，我们发现，在一个单一的实验中，需要几十个事件来区分核暗物质从WIMP在$3\,σ$水平。考虑到DEAP-3600和XENON 1 T的总暴露时间，我们发现，通过这些实验单独进行，最多可以区分$2\,σ$，而通过两个实验的组合，对于一系列参数达到$3\,σ$灵敏度。我们表明，这些实验的未来升级有可能区分大范围的核暗物质模型的WIMP大于$3\,σ$。
2016-10-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Supervised learning of photoelectron counting in scintillator-based dark matter experiments
许多基于闪烁体的探测器采用一组光电倍增管（PMT）来观察来自潜在信号和背景事件的闪烁光。重要的是能够计数在PMT中观察到的脉冲中的光电子（PE）的数量，因为事件的位置和能量重建与PMT中PE的空间分布以及它们的总数的测量程度直接相关。这个任务对于快速并行计算器来说是具有挑战性的，因为PE经常在时间上彼此重叠。通常使用标准贝叶斯统计方法，这是分析MiniCLEAN和DEAP等液氩实验数据的方法。在这项工作中，我们表明，对于MiniCLEAN检测器，可以使用多层感知器来学习PE的数量，仅使用原始脉冲特征，具有比现有方法更好的准确性和精度。这甚至可以帮助以更好的准确度和精度执行位置重建，至少在一些一般情况下。
2019-10-29 hep-ex physics.ins-det
The neutrino roof: Single-scatter ceilings in dark matter direct detection
本研究确定暗物质直接探测中单次散射WIMP搜索的截面上限，重新分析多台吨级探测器数据得到不同散射模式下的参数范围，提出大气中微子本底导致的“中微子屋顶”概念，并估算未来大质量探测器的探测可达范围。
2024-06-24 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Recommended conventions for reporting results from direct dark matter searches
本文由多个暗物质直接探测合作组共同提出一套推荐惯例，涵盖剖面似然比统计方法、标准晕模型参数及中微子通量，旨在统一分析流程，便于未来结果比较与合并。
2025-06-18 hep-ex hep-ph
Attenuation of Boosted Dark Matter in Two Component Dark Matter Scenario
本研究在双组分暗物质框架下，探究助推暗物质穿越大气和地壳时的动能衰减规律，分析不同截面、散射类型等的影响，明确电子散射的作用及通量峰的偏移情况。
2025-03-24 hep-ex hep-ph
Dark matter pair production in the MSSM and in simplified dark matter models at the LHC
我们在简化的暗物质模型和MSSM中研究了LHC中产生暗物质对的对撞机现象。在大空间的暗物质模型中，我们专注于两个特定的模型，其中一个费米子暗物质候选人通过交换的矢量介质中的s-通道或彩色标量介质中的t-通道与标准模型相互作用。我们发现，简化的模型是能够再现MSSM的预测在一定程度上在简化的超对称的情况下，但缺乏的复杂性，以描述完整的理论在整个超对称参数空间。
2019-05-21 hep-ex hep-ph
Isospin conserving Dark Matter with isospin dependent interaction, and reconciliation of contrasting results from direct Dark Matter experiments
探讨了一个简单的暗物质（DM）模型，该模型与两个具有不同耦合强度的核子耦合而不违反同位旋守恒，作为保持实验数据分析尽可能独立于模型的重要性的一个例子。最近CRESST事件过剩和当前XENON100自旋无关（SI）排除之间的明显对比被证明是简单地不假设DM与两个核子的耦合是相等的。
2011-10-20 astro-ph.CO hep-ex
The Pursuit of Dark Matter at Colliders - An Overview
暗物质是基础物理学的主要难题之一，也是一个多元化、多管齐下的研究计划的目标。地下和天体物理学的研究寻找宇宙中的暗物质粒子，要么通过直接相互作用，要么通过寻找暗物质湮灭。相反，粒子对撞机可能在实验室中产生暗物质，并能够探测所有基本的相互作用。它们对低质量的暗物质敏感，在更高质量时提供补充信息，并受到不同的系统不确定性的影响。因此，对撞机搜索是跨学科暗物质搜索策略的重要组成部分。本文重点介绍了近年来对撞机暗物质研究的实验和唯象发展及其与更广泛领域的联系。
2018-04-11 hep-ex hep-ph
Dark matter searches at LHCb
在对暗物质性质的广泛理解和对对撞机的研究中，LHCb实验对低质量暗物质候选者具有独特的敏感性。这些会议记录介绍了LHCb实验在暗物质搜索方面的最新结果和前景，这些实验达到了世界领先的灵敏度。
2021-10-30 hep-ex hep-ph
A New Direction in Dark-Matter Complementarity: Dark-Matter Decay as a Complementary Probe of Multi-Component Dark Sectors
在暗物质的单组分理论中，暗物质产生、湮灭和散射的$2\to 2$振幅可以通过各种交叉对称性相互关联。这些交叉关系是著名的互补性的核心，而互补性是现有不同暗物质搜索技术和策略的基础。相比之下，在暗物质的多组分理论中，可能有许多不同质量的不同暗物质组分。这就为暗物质的互补性开辟了一个新的“对角线”方向：暗物质从较重的成分衰变到较轻的暗物质成分的可能性。在这项工作中，我们讨论了这个新的方向可能与其他相关，并表明，增强互补性出现可以是一个重要的成分，在探测和约束参数空间的这种模型。
2015-02-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Directional Direct Detection of MeV Scale Boosted Dark Matter in Two Component Dark Matter Scenario via Dark Photon Interaction
本研究针对双组分暗物质模型中较重暗物质湮灭产生的MeV尺度助推轻暗物质，探索定向直接探测（如核乳胶探测器NEWSdm）的有效性，聚焦质子、碳等轻核靶，为探测常规方法无法覆盖的低质量暗物质参数空间提供新途径。
2025-04-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Electroweak Symmetric Dark Matter Balls
在具有守恒暗物质数的简单Higgs-portal暗物质模型中，我们证明了暗物质存在非拓扑孤子态.这种状态的每暗物质数的能量比自由粒子状态小，并且其内部在电弱对称真空中。它可能产生于早期宇宙的一级电弱相变，并贡献了大部分的暗物质。这种电弱对称暗物质球是一种新的宏观暗物质候选者，其能量密度为电弱尺度，质量为1克或以上。由于它的电弱对称内部，暗物质球具有一个大的几何散射截面的核子或核。利用Xenon 1 T、BOREXINO和JUNO等大尺寸探测器进行的暗物质和中微子实验具有发现电弱对称暗物质球的巨大潜力。我们还讨论了暗物质球和普通物质束缚态的形成。
2019-06-25 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Superheavy dark matter and IceCube neutrino signals:bounds on decaying dark matter
超重暗物质可能会在地球上探测到的高能中微子信号中显示出它的存在。从冰立方的最新结果来看，我们可以在$10^{28} {\rm sec}$附近设定超过100 TeV的暗物质寿命的最强下限。PeV周围的过量被注意到，并且可以被解释为DM的第一信号，即使邀请进一步的确认和专门的搜索。
2015-07-27 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Dark Matter Detection in Space
我回顾了在天基实验中探测暗物质的前景，重点是最近的发展。我提出了"玛莎·斯图尔特准则“，用于确定特别值得研究的暗物质候选者，并重点关注满足该准则的三种物质：中性伴子暗物质、卡鲁扎-克莱因暗物质和超级WIMP引力伴子暗物质。
2004-05-24 astro-ph hep-ex hep-ph
Stable Bound States of Asymmetric Dark Matter
最简单的非对称暗物质束缚态的可重正化有效场论包含两个额外的规范单重场，一个是暗物质，另一个是暗物质湮灭成的介体粒子。我们研究这样一个模型的物理与狄拉克费米子的暗物质和一个真正的标量介体。在一定的参数范围内，暗物质与介质的汤川耦合产生稳定的非对称暗物质束缚态。我们推导出包括由$N\gg1$暗物质粒子形成的块金在内的束缚态的性质。我们还考虑了早期宇宙中束缚态的形成和暗物质束缚态的直接探测。我们的许多结果也适用于对称的暗物质。
2016-08-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Direct detection of boosted dark matter in two component dark matter scenario
本研究针对含隐藏$U(1)_D$对称性的双组分暗物质模型，探究银心重暗物质湮灭助推轻暗物质的探测问题，提出利用NEWSdm等定向直接探测实验检验该场景，算出5千克探测器年预期事例率最高达O(10)个。
2024-12-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark matter astrometry at underground detectors with multiscatter events
我们表明，目前和即将到来的地下探测器能够精确的天体测量的暗物质。首先，我们表明，银河系暗物质的速度分布，可以得到从重建轨道的暗物质散射多个核在运输过程中，使用液体闪烁中微子探测器SNO+作为一个例子，我们发现，暗物质速度矢量可以重建事件的事件，这样一个小的不确定性，暗物质天体测量的精度将主要受到统计的限制。然后，我们确定所需的暗物质事件的数量，以确定分散速度，逃逸速度和速度各向异性的本地暗物质晕，也发现，与$\mathcal{O}(10)$事件少，暗物质信号可能会被区分从潜在的背景所产生的幂律分布。最后，我们讨论了暗物质天体测量在其他液体闪烁体探测器，暗物质实验，和最近提出的MATHUSLA探测器的前景。
2019-12-21 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Discrimination of Dark Matter Mass and Velocity Distribution by Directional Detection
在大多数情况下，暗物质的速度分布被假定为各向同性，然而，在一些模拟中，各向异性被建议。对暗物质的定向直接探测是判别暗物质速度分布各向异性的一种有希望的方法。我们模拟了定向直接探测中的暗物质和目标散射，并研究了区分各向异性所需的条件。如果暗物质质量是已知的，如果暗物质质量是已知的其他实验的歧视，$O(10^3)-O(10^4)$事件是必需的。我们还研究了暗物质质量未知的情况，在分析中使用的反冲能和散射角数据，无论是暗物质质量和各向异性可以限制得更好，比只与他们的分析。
2020-03-31 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Solar Reflected Dark Matter under the Influence of a Dark Magnetic Field
Tsinghua University（清华大学）
研究暗物质在太阳热等离子体中散射加速产生的太阳反射暗物质通量，基于矢量门户模型，探讨暗光子介导的相互作用及太阳等离子体产生的暗磁场对其的影响，发现强暗磁力会抑制反射通量，修正探测灵敏度。
2026-07-13 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
The effect of hydrodynamical simulation inspired dark matter velocity profile on directional detection of dark matter
定向探测是探测暗物质的重要途径。这些实验的输入是暗物质的速度分布。最近的流体动力学模拟表明，暗物质速度分布与标准光环模型有很大不同。我们研究的影响，这些更新的速度分布在暗物质定向探测实验。我们计算的事件所需的比率，以确认的前向后不对称性和最大反冲率的环的存在，使用不同的暗物质速度分布的$^{19}$ F和ESTA目标。我们表明，使用更新的暗物质速度剖面，前向后不对称性和最大反冲率的环可以确认使用的$\sim$ 2 - 3少的事件相比，使用标准Halo模型的一个因素。
2018-02-08 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
