利用ANTARES完整数据集搜寻太阳中的暗物质湮灭

中文摘要 AI 辅助

弱相互作用大质量粒子（WIMPs）是粒子暗物质最流行的候选者之一。在某些情景下，WIMPs可能被引力捕获到大型天体内部，随后湮灭为标准模型粒子，可能产生中微子发射。位于地中海的ANTARES中微子望远镜对能量范围从几十GeV到TeV量级的中微子敏感，非常适合搜寻质量低于几TeV/c$^2$的WIMPs湮灭。太阳是WIMPs湮灭产生中微子最近的潜在天体物理源之一。本研究利用ANTARES从2007年至2022年记录的完整数据集，搜寻来自太阳的高能中微子。分析未发现超过预期背景的显著中微子过剩，并获得了自旋相关和自旋无关过程的WIMP-质子相互作用截面上限。这些上限适用于暗物质质量范围从35 GeV/c$^2$到10 TeV/c$^2$，对于湮灭基准道WIMP$+$WIMP $\rightarrow$ $b\bar{b},\tau^+\tau^-, W^+W^-$，假设每个道分支比为100$\%$。这些结果比ANTARES合作组之前获得的结果改进了两到三倍，并与其他实验在直接和间接暗物质搜寻中报告的结果一致。

英文摘要

Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) are among the most popular candidates for particle dark matter. In certain scenarios, WIMPs could be gravitationally captured into massive celestial objects and then annihilate into Standard Model particles, possibly leading to the emission of neutrinos. The ANTARES neutrino telescope, located in the Mediterranean Sea, is sensitive to neutrinos with energies ranging from a few tens of GeV to the TeV scale, making it well suited to search for the annihilation of WIMPs with masses below a few TeV/c$^2$. One of the closest potential astrophysical sources of neutrinos from WIMP annihilations is the Sun. In this work, a search for high-energy neutrinos originating from the Sun, using the full dataset recorded by ANTARES from 2007 to 2022 was conducted. The analysis yielded no significant evidence for a neutrino excess over the expected background, and upper limits on the WIMP-proton interaction cross section have been obtained, for both spin-dependent and spin-independent processes. These limits are valid for dark matter masses ranging from 35 GeV/c$^2$ to 10 TeV/c$^2$ for the annihilation benchmark channels WIMP$+$WIMP $\longrightarrow$ $b\bar{b},τ^+τ^-, W^+W^-$, assuming a 100$\%$ branching ratio for each of these channels. These results improve on those previously obtained by the ANTARES Collaboration by a factor of two-three and are consistent with those reported by other experiments in direct and indirect searches for dark matter.

发表机构

• Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）
• CNRS（法国国家科学研究中心）
• Université de Haute Alsace（上阿尔萨斯大学）
• IFIC - Instituto de Física Corpuscular (CSIC - Universitat de València)（粒子物理混合研究所（瓦伦西亚大学与西班牙国家科学研究委员会））
• Technical University of Catalonia（加泰罗尼亚理工大学）
• Laboratory of Applied Bioacoustics（应用生物声学实验室）
• Institut d’Investigació per a la Gestió Integrada de les Zones Costaneres (IGIC) - Universitat Politècnica de València（海岸带综合管理研究所（巴伦西亚理工大学））
• Aix Marseille Univ（艾克斯-马赛大学）
• CNRS/IN2P3（法国国家科学研究中心/欧洲核子研究组织粒子物理国际网络）
• CPPM（马赛普朗克理论物理中心）
• Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
• Astroparticule et Cosmologie（天体粒子与宇宙学）
• CNES（法国国家空间研究中心）
• LAM（拉格朗日力学实验室）
• National Center for Energy Sciences and Nuclear Techniques（国家能源科学与核技术研究中心）
• INFN - Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所博洛尼亚分部）
• Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna（博洛尼亚大学物理与天文学系）

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