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
Directional recoil rates for WIMP direct detection
实验室直接探测暗物质弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的新技术对撞击核的反冲方向很敏感。我们计算和比较的方向反冲率${dR}/{d\cosθ}$（其中$θ$是从一个参考方向在天空中测量的角度）的几个WIMP速度分布，包括标准的暗晕和各向异性模型，如Sikivie的晚落晕模型和椭圆形模型。由于某些探测器可能无法区分反冲轨道的开始和结束（缺乏首尾区分），我们引入了“折叠”定向反冲率${dR}/{d|\cosθ|}$，其中$|\cosθ|$不区分轨道的头部和尾部。我们计算的CS $_2$和CF $_4$曝光所需的信号从各向同性的背景噪声中区分，并发现，${dR}/{d|\cosθ|}$是有效的标准暗晕和一些，但不是所有的各向异性模型。
2008-03-02 astro-ph hep-ex hep-ph
Determining Ratios of WIMP-Nucleon Cross Sections 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。到目前为止，在直接暗物质探测实验中，限制WIMP-核子截面的通常程序是根据星系晕和WIMP的一些模型，将预测的事件率与实验数据拟合。我们必须假设WIMP与核的相互作用是自旋无关的（SI）还是自旋相关的（SD），这样的数据分析的结果也表示为未知WIMP质量的函数。在这篇文章中，我介绍的方法提取信息的WIMP-核子截面考虑的SI和SD相互作用的一般组合。既不需要关于晕WIMP的局部密度和速度分布的先验知识，也不需要关于它们的质量的先验知识。假设从实验数据中确认了反冲光谱的指数状形状，则所需的信息仅是测量的反冲能量（在低能量范围内）和来自两个或更多个实验的第一能量箱中的事件的数量。
2011-07-04 astro-ph.HE hep-ph
Reconstructing the Velocity Distribution of WIMPs 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。目前，最有前途的方法来检测许多不同的WIMP候选人是直接检测的反冲能量沉积在一个低背景的实验室探测器由于弹性WIMP核散射。到目前为止，通常的方法是根据星系晕的一些模型来预测直接探测到WIMP的事件率。我们工作的目的是逆转这一过程。也就是说，我们研究未来的直接探测实验可以教我们关于WIMP晕。作为第一步，我们考虑的时间平均反冲光谱，假设没有方向信息存在。我们开发了一种方法来构建（时间平均）的一维速度分布函数从这个频谱。该函数的矩，如WIMP的平均速度和速度色散，也可以直接从反冲谱中获得。除了测量的反冲光谱之外，唯一需要的输入是WIMP的质量;不需要关于散射截面或WIMP密度的信息。
2007-06-01 astro-ph hep-ph
Directional statistics for WIMP direct detection
在WIMP直接探测实验中，事件率的方向依赖性为区分WIMP事件和潜在背景提供了有力的工具。我们使用各种（非参数）的统计检验，以检查所需的事件的数量来区分一个WIMP信号从各向同性的背景时，在重建的核反冲方向的不确定性包括在计算的预期信号。我们认为一系列的模型的银河系晕，并研究旋转对称性测试，旨在检测非球形/各向同性的银河系晕。最后，我们研究的方法来检测潮汐流的WIMP。我们发现，如果感的反冲是已知的，那么为了10事件将足以区分WIMP信号从各向同性背景的所有考虑的晕模型，重建反冲方向的不确定性，只有温和地增加所需的事件数量。如果反冲的感觉是未知的，所需的事件的数量是一个数量级更大，与晕模型之间的变化很大，反冲分辨率现在是一个重要的因素。旋转对称性测试需要一千个事件来区分球形和显著三轴晕，然而由于潮汐流导致的峰值反冲方向与太阳运动方向的偏差可以用一百个事件来检测，不管反冲的意义是否已知。
2005-05-03 astro-ph hep-ph
Probing low-mass WIMP candidates of dark matter with tetrafluoroethane superheated liquid detectors
在直接探测实验中通过弱相互作用大质量粒子（WIMP）引起的核反冲探测暗物质的低质量（亚GeV-几GeV）弱相互作用大质量粒子（WIMP）候选者需要使用由低质量靶核和低阈值能量组成的探测器材料。本文探讨了过热液体探测器（SLD）与含氢液体，即正乙烷（C $_{2}$ H $_{2}$ F $_{4}$）（b. p.~ $-26.3^\circ\,$ C）作为探测低质量WIMP的靶材料。发现在大气压和$T\, \lesssim\, 35^\circ\,$ C γ射线不敏感温度下工作的$_{2}$ H $_{2}$ F $_{4}$ SLD中，由WIMP诱导的$^{12}$ C和$^{19}$ F反冲所产生的几keV能级的空泡核化的反冲能阈值有可能使几GeV质量范围内的WIMP在WIMP-核子自旋无关截面灵敏度水平（90% C. L.）下被探测。在WIMP质量低至$\sim$ 4 GeV，总暴露量为$\sim$ 1000时，优于$4.6\times 10^{-5}\,$ pb，前提是确定C $_{2}$ H $_{2}$ F $_{4}$中反冲核的气泡成核阈值的“热力学效率”$η_{\rm T}$为$\sim$ 50%或更高。kg.day对亚GeV WIMP质量的灵敏度通常要求探测器对WIMP诱导的$^1$ H反冲敏感，这又要求探测器在接近100%的温度$T\gtrsim 50^\cir…
2020-04-18 astro-ph.GA hep-ph
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
Looking for WIMPs through the neutrino fogs
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；INFN, Sezione di Firenze（意大利国家核物理研究所佛罗伦萨分部）；LAPTh, Université Savoie Mont-Blanc et CNRS（萨瓦蒙布朗大学与法国国家科学研究中心拉普特实验室）
本文重新评估了大型氙探测器对WIMP的灵敏度，指出太阳中微子电子反冲与大气中微子核反冲共同构成“中微子雾”限制，并通过模拟量化背景污染，更新了排除或发现电弱WIMP所需曝光量的预测。
2026-10-12 astro-ph.CO hep-ex hep-lat
Dark matter search by exclusive studies of X-rays following WIMPs nuclear interactions
结果表明，弱相互作用大质量粒子（WIMPs），这是可能的冷暗物质的候选人，可以研究的唯一测量的X射线以下WIMPs核相互作用。内壳层原子电子通过WIMP-核相互作用电离，然后当它们被外壳层电子填充时发射单能X射线。在中重靶核与100-300 GeV弱相互作用中，K壳层的内壳层孔数高达1/5，L壳层的内壳层孔数高达数/1。然后在5-50 keV区域出现K和LX射线峰。因此，对X射线与核反冲和电离电子的一致性的专门研究为探测WIMP提供了极好的机会，如LiNbO 3超对称粒子（LSP）
2006-03-14 hep-ex 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
The DRIFT Project: Searching for WIMPS with a Directional Detector
讨论了一种用于探测WIMP的低气压时间投影室。在这样的装置中，对康普顿电子背景的辨别应该是非常好的，并且关于反冲原子的方向信息将是可获得的。如果一个完整的3-D重建的反冲轨道可以实现，蒙特卡罗研究表明，一个WIMP信号可以确定具有高的信心，从少至30个检测到的WIMP核散射事件。
1999-05-06 astro-ph 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
Estimating the Spin-Independent WIMP-Nucleon Coupling 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。为了理解WIMP的性质，并在对撞机产生的新粒子中识别它们（希望在不久的将来），通过直接暗物质探测实验确定它们的质量和核子耦合是必不可少的。基于我们从实验数据中确定WIMP质量的模型无关方法，我提出了一种直接利用测量的反冲能来估计自旋无关（SI）WIMP-核子耦合的方法。该方法不依赖于晕WIMP的速度分布，也不依赖于（实际上）未知的WIMP质量。在无背景环境中，对于~ 100 GeV的WIMP质量，SI WIMP-核子耦合原则上可以通过使用2（或3）x 50个来自实验的事件来估计，不确定度为~ 15%。
2011-08-16 astro-ph.HE hep-ph
Searching direction dependent daily modulation in dark matter detectors
反冲离子在各种晶体中的散射强烈地依赖于它们的方向。这，连同由于银河圆盘的旋转而产生的WIMP风一起，产生了{ \it daily}对通道的调制。由于沟道效应影响了WIMP引起的反冲事件的特性，这些调制可以在单晶探测器中观察到，并作为WIMP的签名。我们特别建议在DAMA闪烁数据中寻找这种调制。
2008-07-23 hep-ph
Directional Detection of Dark Matter using Spectroscopy of Crystal Defects
提出了一种利用感生核反冲来识别弱相互作用大质量粒子入射方向的方法。我们的方法是基于宏观固态晶体中的量子缺陷的光谱审问。当WIMP在晶体中散射时，诱导的核反冲产生一个指示性的损伤簇，定位在约50 nm内，其损伤轨迹的方向与反冲的方向以及入射的WIMP的方向很好地相关。这种损伤簇在晶体中引起应变，使附近的量子缺陷的能级移动。这些能级位移可以光学测量（或通过顺磁共振），使得可以检测固体样品中缺陷周围的应变环境。作为一个具体的例子，我们考虑在金刚石中的氮空位中心，其中高缺陷密度和纳米级局部化的个别缺陷已被证明。为了定位由于潜在的暗物质事件导致的晶体内的核反冲的毫米级区域，我们可以使用常规的WIMP检测技术，例如电离/闪烁的收集。一旦事件被识别，事件附近的量子缺陷可以被询问以映射应变环境，从而确定反冲的方向。原则上，这种方法应该能够识别反冲方向的效率大于70%，假阳性率小于5%的10 keV的反冲能量。如果成功的话，这种方法将允许在固态密度下定向探测WIMP引起的核反冲，从而使太阳中微子层以下的WIMP参数空间探测成为可能。这种技术也可以潜在地应用于识别粒子的方向，例如中子，其低散射截面需要具有大目标质量的探测器。
2017-05-27 hep-ph quant-ph
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
Effects of Threshold Energy on Reconstructions of Properties of Low-Mass WIMPs in Direct Dark Matter Detection Experiments
在本文中，我们回顾了我们的模型无关的方法重建弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的性质，直接使用测量的反冲能从直接的暗物质探测实验，并考虑到更现实的不可忽略的阈值能量。修正了所有用于重建质量和自旋无关与自旋相关的WIMP-核子耦合比的表达式。我们重点研究了低质量（m_chi <~ 15 GeV）WIMP，并给出了用蒙特卡罗模拟得到的数值结果。本文还将讨论由不可忽略的阈值能量引起的限制以及改善重建结果的技术处理。
2018-07-31 astro-ph.HE hep-ph
Differentiating hidden sector dark matter from light WIMPs with Germanium detectors
轻WIMP暗物质和隐藏扇区暗物质已被提出来解释DAMA，CoGeNT和CRESST-II数据。这两种方法的特点是暗物质粒子在原子核上的自旋无关的弹性散射。轻WIMP暗物质调用一个单一的粒子物种，通过接触相互作用与普通物质相互作用。相比之下，隐藏扇区暗物质通常是多组分的，并且被假设通过无质量介质的交换来相互作用。这种隐藏的扇形暗物质因此预测了由于这种动力学而急剧上升的核反冲光谱$dR/dE_R \sim 1/E_R^2$，而WIMP暗物质预测了一个敏感地依赖于WIMP质量的光谱$m_χ$。我们比较和对比这两个非常不同的可能来源的CoGeNT低能量过剩。在相关的能量范围内，这两个理论预测的反冲光谱大致同意提供$m_χ\simeq 8.5$ GeV-接近的值有利于从拟合CoGeNT和CDMS低能数据。即将进行的实验包括C-4、CDEX和MAJORANA演示器，预计将提供低能锗反冲光谱的合理精确测量，包括年度调制幅度，这应该区分这两种理论可能性。
2012-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Optimizing WIMP directional detectors
我们研究了直接探测WIMP定向反冲信号所需的曝光量对定向探测器能力的依赖性。具体来说，我们考虑的变化，在核反冲能量阈值，背景率，无论是在2或3维的检测器测量反冲动量矢量和是否有意义的动量矢量可以确定。我们发现，所需的曝光量的影响最大的属性是测量的动量矢量意义。如果探测器不能确定反冲感测，则对于3-d读出，所需的曝光增加一个数量级，对于2-d读出，增加两个数量级。对于2-d读出，所需的曝光，特别是如果感觉不能被测量，可以通过分析减少的角度与时间相关的，减去太阳运动的投影方向来显着减少。背景速率实际上对探测器敏感的WIMP横截面设置了一个下限;很难探测到信号速率比背景速率低一个数量级以上的WIMP。降低能量阈值也减少了所需的曝光，但仅针对高于20 keV的阈值。
2006-10-04 astro-ph hep-ex hep-ph
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
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
Temporal distortion of annual modulation at low recoil energies
我们表明，预期在WIMP直接检测实验中的信号的年度调制的主要特征，即它的正弦曲线随时间的依赖性，其最大值和最小值的发生在一年中，（在某些情况下）甚至一年的时间内，可能会受到放松等温球假设的WIMP速度相空间的描述。最相关的影响是各向异性星系晕在低反冲能量下的时间行为的扭曲。虽然其中一些效应在反冲能量低于当前探测器阈值时是相关的，但其他一些效应已经可以测量，尽管需要在WIMP质量和实验参数之间进行一定程度的调整。这些效应的观测或未观测都可以为我们的星系晕的相空间分布提供线索。
2003-01-17 astro-ph hep-ex hep-ph
Theoretical Interpretation of Experimental Data from Direct Dark Matter Detection
弱相互作用大质量粒子（WIMP）是暗物质的主要候选者之一。目前，最有前途的方法来检测WIMP是直接检测的反冲能量沉积在低本底的探测器由于弹性WIMP核散射。到目前为止，通常的程序是预测事件率的直接检测的WIMP的基础上的一些模型的星系晕宇宙学和WIMP的基本粒子物理。这项工作的目的是扭转这一进程。在这篇论文中，我提出的方法，允许重建（的时刻）的WIMP速度分布函数，以及从反冲能谱以及直接从实验数据来确定WIMP质量。速度分布函数的重建已被进一步扩展到考虑事件率的年度调制。此外，还讨论了速度分布年调制幅度的重建问题和确定事件率年调制的另一种更好的方法。另一方面，通过结合两个（或多个）实验与不同的探测器材料的WIMP质量的测定已被开发。文中给出的公式和表达式不仅与星系晕模型无关，而且与WIMP模型无关。这意味着我们既不需要地球附近未知的WIMP密度，也不需要WIMP-核截面。我们需要的唯一信息是测量的反冲能和它们的测量时间。
2007-10-19 astro-ph 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 Coherent Scattering Rates at Direct Dark Matter Detectors
中子引起的反冲事件可能构成直接暗物质搜索的背景，特别是对于那些努力达到吨级或更高的探测器。本文讨论了由于几个最重要的来源，包括太阳，大气和弥漫超新星中微子预期的中微子诱导的背景光谱。最大的速率来自$^8$ B产生的太阳中微子，在最重的核目标的所有反冲能量上，每吨年提供超过$\sim 10^3$事件。然而，预计这些$^8$ B事件中的大多数将低于现代探测器的反冲阈值。只有当WIMP-核子截面小于$10^{-12}$ pb时，剩余的中微子源才能构成WIMP诱导反冲率的背景。最后讨论了非电子中微子对扩散超新星中微子通量的敏感性，并将预测的通量极限与现有的通量极限进行了比较。
2009-10-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Effects of Residue Background Events in Direct Detection Experiments on Identifying WIMP Dark Matter
我们重新检查的模型独立的数据分析方法提取的弱相互作用大质量粒子（WIMP）的属性，直接使用数据（测量反冲能量）从直接的暗物质探测实验，作为一个更现实的研究，考虑一小部分残留的背景事件，通过所有的歧视标准，然后与其他真正的WIMP诱导的信号在分析的数据集中。在这次演讲中，将讨论剩余背景对确定WIMP质量的影响以及核子上自旋无关的WIMP耦合。
2010-12-13 astro-ph.HE hep-ex 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
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
How Precisely Could We Identify WIMPs Model-Independently with Direct Dark Matter Detection Experiments
在这次演讲中，我们提出了数据分析方法，通过直接使用未来的实验数据（即，测量的反冲能量）从直接的暗物质探测。这些方法不依赖于星系晕模型和WIMP模型。这些方法的基本思想和应用它们的可行性和不确定性直接检测实验与下一代探测器将进行讨论。
2009-07-09 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
On the direct detection of extragalactic WIMPs
我们考虑直接探测从银河系外到达地球的WIMP。如果这些WIMP形成一个独特的种群，它们将具有许多可能有助于最终探测的特征，尽管它们的通量比典型的星系晕WIMP低得多：由于它们进入银河系时的加速度，它们具有高且基本上独特的速度（在银河系静止坐标系中为$\sim 600$ km/s），并且很可能有一个或两个独特的飞行方向。这种高速度在直接检测实验中可能在实验上是有利的，因为它在相对高的能量下给出反冲信号，其中背景通常大大减少。对于一个与宇宙临界密度相当的河外WIMP密度，预期的计数率与快速星系WIMP的计数率大致相同。如果与本星系群相关的临界密度增加，比如临界密度的10-30倍，则速率相应增加，河外WIMP将在反冲能量分布中显示为高能肩。这些WIMP作为一个单独的群体具有这些独特的属性的证据将提供关于星系形成和史前史的有趣信息。
2001-10-02 astro-ph hep-ph
Determining 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。到目前为止，我们只能用直接的暗物质探测来估计晕WIMP的质量，方法是将预测的反冲光谱与未来的实验数据相拟合。在这里，我们开发了一个模型无关的方法，通过直接使用实验数据来确定WIMP质量。该方法不依赖于近地WIMP密度和WIMP-核截面，可用于提取O（50）事件的WIMP质量信息。
2007-10-26 astro-ph hep-ph
Data-Driven Modeling of Electron Recoil Nucleation in PICO C$_3$F$_8$ Bubble Chambers
适度过热的泡室探测器的主要优点是它们同时对来自WIMP暗物质的核反冲敏感，而对电子反冲背景不敏感。PICO伽马校准数据的全面分析表明，第一次，电子反冲在C $_3$ F $_8$规模根据一个新的成核机制，而不是一个驱动的热尖峰如先前所假设的。使用该半经验模型，泡室成核阈值可以被调整为对较低能量的核反冲敏感，同时保持优异的电子反冲排斥。PICO-40 L探测器将利用该模型实现低至2.8 keV的热力学阈值，同时由太阳中微子的相干弹性中微子-核散射的单散射事件主导。在一年的运行中，PICO-40 L可以将PICO对自旋相关的WIMP-质子耦合的现有领先限制提高近一个数量级，使WIMP质量大于3 GeV c $^{-2}$，并将有能力超过所有现有的非氙约束的自旋无关的WIMP-核子耦合的WIMP质量从3到40 GeV c $^{-2}$。
2020-11-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
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
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
On Diurnal and Annual Variations of Directional Detection Rates of Dark Matter
对弱相互作用大质量粒子（WIMP）作为暗物质的方向敏感直接探测将提供暗物质（DM）的明确的非引力特征。由于地球自转引起的DM信号的日变化是银河系WIMP的重要特征。由于地球自转轴相对于WIMP风向的特定方向，在探测器上观测到的WIMP风的视向可以在一天内发生很大的变化。在这项工作中，我们计算了定向探测率与他们的日常和每年的调制在地球上的暗物质实验考虑的几何和动力学的地球太阳系统的详细特征，以及太阳在银河系的运动。本文还考虑了一种不同于通常的暗物质晕标准晕模型的晕模型，即暗盘模型，并对两种模型的结果进行了比较。我们证明了两种类型的气体探测器，即DRIFT（目标材料CS2）和NEWAGE（目标材料CF4），使用时间投影室技术测量反冲核的方向性的结果。计算了特定探测器的WIMP质量和反冲能对事件率日变化的依赖关系，并探讨了所考虑的探测器的质量和反冲能的敏感范围。
2012-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Event rates for WIMP detection
给出了直接探测各种类型WIMP的暗物质的事件率。除了超对称模型的中性伴子，我们考虑了其他候选人（外来标量以及粒子在卡鲁扎-克莱因和technicolour理论）与TeV区域的质量。然后找到到激发态的合理的分支比。因此，不仅可以通过反冲测量来检测WIMP，而且还可以通过测量去激发$γ$射线来检测WIMP。
2006-10-05 astro-ph hep-ph
Effects of Residue Background Events in Direct Dark Matter Detection Experiments on the Estimation of the Spin-Independent WIMP-Nucleon Coupling
在直接利用暗物质探测实验测量的反冲能来估计弱相互作用大质量粒子（WIMPs）与核子的自旋无关（SI）标量耦合的模型无关数据分析方法的发展中，假设分析的数据集是无背景的，即，所有事件都是WIMP信号。在这篇文章中，作为一个更现实的研究，我们考虑了一小部分可能的残留物背景事件，通过所有的判别标准，然后与其他真正的WIMP引起的事件在我们的数据集中混合。我们的模拟表明，对于SI WIMP-核子耦合的估计，在O（50）总事例的分析数据集中，最大可接受的残余本底事例分数为~ 10% -20%。对于质量为100 GeV的WIMP和20%的残余背景事件，重建的SI WIMP耦合（具有重建的WIMP质量）的系统偏差原则上为~ +13%，统计不确定度为~ ^{+21%}-14%}（对于无背景数据集为~-3.3%^{+18%}-13%）。
2011-08-16 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Peaked Signals from Dark Matter Velocity Structures in Direct Detection Experiments
在直接暗物质探测实验中，WIMP的常规弹性散射导致指数下降的反冲光谱。相反，具有激发态的WIMP理论可以导致在有限反冲能E_R处达到峰值的核反冲谱。这种信号的峰值通常相当宽，Δ E_R/E_peak ~ 1。我们发现，在存在的暗物质结构与低速色散，如流或团块，从上散射峰可以变得非常窄的FWHM只有几个千电子伏。这与传统预期的WIMP光谱有很大的不同，一旦被探测到，就有可能以惊人的精度测量暗物质的速度结构。作为一个有趣的例子，我们面对观察到的集群的3个事件附近42千电子伏的CRESST调试运行与这种情况下，并找到一个广泛的参数能够产生这样的峰值。我们比较了其他实验中可能的信号，发现这样的粒子也可以在DAMA产生信号，尽管不是来自同一个流。在某些参数范围内，氙实验中可以看到信号。我们发现，这样的暗物质峰是一个非常清晰的信号，可以很容易地从潜在的背景，无论是陆地或由于WIMP向下散射，通过增强的年度调制信号的幅度和形状。
2010-03-18 hep-ph
Complementarity of direct detection experiments in search of light Dark Matter
寻找弱相互作用大质量粒子（WIMP）的暗物质实验主要使用核反冲（NR）来探测WIMP。米格达诱导的电子反冲（ER）提供了额外的灵敏度，以光暗物质与$\mathcal{O}(\text{GeV}/c^2)$质量。在这项工作中，我们使用贝叶斯推断来找到参数空间，未来的探测器，如XENONNT和SuperCDMS SNOLAB将能够通过NR，Migdal诱导的ER或其组合来检测WIMP暗物质。我们确定的区域，每个探测器是最好的约束暗物质质量和自旋独立的横截面和推断两个或两个以上的检测配置是互补的约束这些暗物质参数，通过综合分析。
2022-08-31 astro-ph.CO hep-ph
Consistency of WIMP Dark Matter as radiative neutrino mass messenger
暗生假说为暗物质和中微子质量的产生提供了一种有吸引力的方法，在这种方法中，稳定暗物质的对称性也确保了中微子质量的辐射跷跷板起源。然而，最简单的情况可能会遭受由潜在的$\mathbb{Z}_2$对称性的自发破缺引起的不一致。在这里，我们表明，最简单的模型的单重三重态扩展自然避免了这个问题，由于存在的标量三重态中性下的$\mathbb{Z}_2$影响的演变的耦合在标量部门。该方案提供了良好的前景，直接WIMP暗物质探测通过核反冲方法。
2016-03-17 hep-ph
Low-energy electronic recoil in xenon detectors by solar neutrinos
太阳中微子在多吨氙探测器中引起的低能电子反冲是一个重要的研究课题，不仅因为它是直接寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的不可约背景源，而且因为它提供了一种可行的方法来测量太阳$pp$和$^{7}\textrm{Be}$中微子，使之达到当前标准太阳模型预测的精度水平。在这项工作中，我们进行$\textit{ab initio}$多体计算的结构，光电离，和中微子电离的氙。结果表明，在低反冲能下，原子束缚效应对中微子-电子散射截面有相当大的抑制作用。与以前基于自由电子图像的计算相比，在相同的探测器配置下，我们计算的电子反冲事件率降低了约$25\%$。本文给出了氙探测器在100 eV - 30 keV能窗内的电子反冲率谱，并讨论了它对低能太阳中微子探测（作为信号）和WIMP搜寻（作为背景源）的意义。
2016-10-19 hep-ex hep-ph nucl-ex
A new approach to neutrino and WIMP detection using telecom-grade electrooptic and fiber-optic components
低能核反冲产生的密集能量沉积通过热声效应产生短暂而强烈的压力脉冲，可用于某些对声光扰动敏感的光纤设备中的WIMP或中微子检测。描述了几种可能的检测方案：所有这些方案都受到现代光纤传感器技术的启发，并具有低成本和预期对最低电离背景不敏感的共同特征。
2001-05-10 astro-ph hep-ex hep-ph
Effects of Residue Background Events in Direct Dark Matter Detection Experiments on the Reconstruction of the Velocity Distribution Function of Halo WIMPs
在我们早期的工作中，通过直接使用从暗物质探测实验中测量的反冲能来重建弱相互作用大质量粒子（WIMP）的时间平均一维速度分布函数（的矩），假设分析的数据集是无背景的，即，所有事件都是WIMP信号。在这篇文章中，作为一个更现实的研究，我们考虑了一小部分可能的残留物背景事件，通过所有的判别标准，然后与其他真正的WIMP引起的事件在我们的数据集中混合。我们的模拟结果表明，对于一维WIMP速度分布的重建，在O（500）个总事件的分析数据集中，残余背景事件的最大可接受分数为~10% -20%。对于一个质量为50 GeV的WIMP，具有可忽略的不确定性和20%的残余背景事件，重建的速度分布的偏差原则上为~7.5%，统计不确定性为~18%（无背景数据集为~19%）。
2010-06-27 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Consequences of statistical sense determination for WIMP directional detection
我们研究了有限的反冲感重建的后果，拒绝各向同性和检测WIMP信号使用定向检测器所需的事件数。对于一个恒定的概率确定的意义上正确的，3-D读出和零背景，我们发现，作为概率从1.0到0.75减少的事件的数量需要拒绝各向同性使用的平均角度统计增加了几个因素。随着概率进一步降低，使用该统计所需的事件数量急剧增加，并且事实上，通过丢弃感测信息并使用轴向统计，可以更容易地拒绝各向同性。然而，这需要比具有完美感测确定的矢量数据多一个数量级的事件。我们还考虑了正确测量感测、2-d读出和非零背景的能量依赖概率。我们的主要结论是，正确地确定丰富的，但各向异性较小，低能量反冲的意义是最重要的，最大限度地减少所需的事件数量。
2007-12-14 astro-ph hep-ex hep-ph
Pushing the frontier of WIMPy inelastic dark matter: journey to the end of the periodic table
我们探讨了达到低背景实验的少量重核同位素在探测非弹性暗物质的参数空间，是经典的直接检测实验运动学上无法访问。通过与目标核的非弹性散射，暗物质可以通过核反冲或核激发产生信号。我们提出了新的结果基于这种方法，使用低能量伽马量子搜索的数据在低背景实验中与Hf和Os金属样品，和测量与CaWO $_4$和PbWO $_4$晶体作为测量辐射热计。我们把新的界限WIMPY非弹性暗物质的质量分裂约640千电子伏，并提供预测达到未来的实验。
2021-11-10 hep-ph
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
Effects of Residue Background Events in Direct Dark Matter Detection Experiments on the Determination of the WIMP Mass
在早期关于通过直接使用来自直接暗物质探测实验的测量的反冲能量来确定弱相互作用大质量粒子（WIMP）的质量的模型无关数据分析方法的开发的工作中，假设分析的数据集是无背景的，即，所有事件都是WIMP信号。在这篇文章中，作为一个更现实的研究，我们考虑了一小部分可能的残留物背景事件，通过所有的判别标准，然后与其他真正的WIMP引起的事件在我们的数据集中混合。我们的模拟表明，对于确定WIMP质量，在O（50）总事件的分析数据集中，对于整个实验可能能量范围的背景窗口，或在低能范围，残余背景事件的最大可接受分数为~ 20%;而对于相对较高能量范围的背景窗口，残留物背景事件的最大可接受分数不能大于~ 10%。对于100 GeV的WIMP质量，在整个实验可能能量范围的窗口中有20%的背景事件，重建的WIMP质量和1-sigma统计不确定度为~97 GeV^{+61%}_{-35%}（对于无背景数据集为~94 GeV^{+55%}_{-33%}）。
2010-08-06 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
DARWIN: dark matter WIMP search with noble liquids
DARWIN（用惰性液体进行暗物质弱相互作用探测）是欧洲下一代多吨级暗物质探测器的设计研究。液态氩和/或液态氙是直接探测大质量弱相互作用粒子（WIMP）形式的暗物质候选者的目标介质。通过时间投影室技术观察由活性检测器体积中的粒子相互作用产生的光和电荷信号。DARWIN将探测1 e-48 cm 2以下与自旋无关的WIMP-核子截面，并测量具有高统计数据的WIMP诱导核反冲谱，如果它们被现有或不久的将来的实验发现的话。在一个简短的介绍之后，我将描述项目，选择的研发主题，预期的背景和物理范围。
2012-01-11 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
GENIUS and the Genius TF: A New Observatory for WIMP Dark Matter and Neutrinoless Double Beta Decay
介绍了GENIUS的提议，并概述了它的一些物理潜力。针对DAMA和CDMS实验结果的矛盾，提出了一种新的实验装置--Genius TF。Genius TF可以同时利用WIMP核反冲信号和WIMP年调制信号探测DAMA证据区。此外，它可以证明探测器技术在GENIUS装置中实施的长期可行性，从这个意义上说，这将是实现GENIUS实验的第一步。
2001-03-07 hep-ph
Improvement of the 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。我们开发了一种独立于模型的方法，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。在这项工作的第一阶段，我们发现了一个系统的偏离重建的WIMP质量从真正的重WIMP。现在，我们改进了这种方法，使这种偏差可以大大减少，即使是非常高的WIMP质量。重建质量的统计误差也有所减少。在无背景的实验中，用2次50个事例就可以确定~ 50 GeV的WIMP质量，误差约为35%。
2008-09-08 astro-ph hep-ph
Effects of Residue Background Events in Direct Dark Matter Detection Experiments on the Determinations of Ratios of WIMP-Nucleon Cross Sections
在我们的工作中，通过直接使用来自直接暗物质探测实验的测量反冲能来确定弱相互作用大质量粒子（WIMP）的不同耦合/截面之间的比率，开发了与模型无关的数据分析方法，假设分析的数据集是无背景的，即，所有事件都是WIMP信号。在这篇文章中，作为一个更现实的研究，我们考虑了一小部分可能的残留物背景事件，通过所有的判别标准，然后与其他真正的WIMP引起的事件在我们的数据集中混合。模拟结果表明，在自旋相关（SD）WIMP-核相互作用大于自旋无关（SI）相互作用的情况下，在分析的数据集中，用于确定SD WIMP在中子上与质子上的耦合比的最大可接受的残余本底事件分数为~ 20% - 40%;而考虑SI和SD WIMP相互作用的一般组合，用于确定两个SD WIMP耦合之间的比率以及质子上的SD截面比率的最大可接受背景比率（中子）与SI的比值约为10% -20%。此外，通过考虑不同形式的背景谱，我们发现，只有在最低的能量范围内的背景事件可能会影响重建（显着）;那些在高能量范围内几乎不会改变重建的比率或只有非常轻微的。
2011-08-16 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
WIMP dark matter as radiative neutrino mass messenger
标准SU（3）x SU（2）x U（1）模型的最小跷跷板扩展需要两个电弱单重态费米子才能容纳树水平的中微子振荡参数。在这里，我们考虑一个次最小的扩展，轻中微子质量产生的辐射由两个电弱费米子：一个单线态和一个三重态下SU（2）。在宇称对称下，这些粒子应该是奇的，它们的混合产生了稳定的弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质候选者。对于GeV-TeV范围内的质量，它再现了正确的遗迹密度，并在核反冲直接探测实验中提供了可观察的信号。暗物质中的费米子三重态成分具有规范相互作用，这使得它在目前和不久的将来的对撞机实验中也是可探测的。
2013-09-23 hep-ph
WimPyDD: an object-oriented Python code for the calculation of WIMP direct detection signals
我们介绍WimPyDD，一个模块化的，面向对象的和可定制的Python代码，计算准确的预测弱相互作用大质量粒子（WIMP）的直接检测实验的预期率在几乎任何情况下，包括非弹性散射，任意WIMP自旋和通用WIMP速度分布在星系晕的伽利略不变的非相对论有效理论的框架内。WimPyDD利用了直接探测信号计算中的三个主要分量的因式分解：i）威尔逊系数，其编码信号对有效理论的紫外线完成的依赖性; ii）响应函数，其取决于核物理和实验探测器的主要特征。（接受，能量分辨率，对核反冲的响应）; iii）依赖于WIMP速度分布并编码天体物理输入的晕函数。在WimPyDD中，这三个分量被单独计算和存储，用于稍后的插值，并且仅在信号评估过程的最后一步合并在一起。这使得直接检测散射率的唯象研究与WimPyDD透明和快速也当参数空间的WIMP模型有一个大的维度。
2021-06-11 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
