A halo-independent lower bound on the dark matter capture rate in the Sun from a direct detection signal

被引：21

作者：

Blennow, Mattias ^{[1
]}

Herrero-Garcia, Juan ^{[1
]}

Schwetz, Thomas ^{[2
]}

机构：

[1] AlbaNova Univ Ctr, KTH Royal Inst Technol, Dept Theoret Phys, Sch Engn Sci, S-10691 Stockholm, Sweden

[2] Stockholm Univ, Oskar Klein Ctr Cosmoparticle Phys, Dept Phys, SE-10691 Stockholm, Sweden

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2015年 / 05期

关键词：

dark matter theory; dark matter experiments; SEARCH; NEUTRINOS;

D O I：

10.1088/1475-7516/2015/05/036

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We show that a positive signal in a dark matter (DM) direct detection experiment can be used to place a lower bound on the DM capture rate in the Sun, independent of the DM halo. For a given particle physics model and DM mass we obtain a lower bound on the capture rate independent of the local DM density, velocity distribution, galactic escape velocity, as well as the scattering cross section. We illustrate this lower bound on the capture rate by assuming that upcoming direct detection experiments will soon obtain a significant signal. When comparing the lower bound on the capture rate with limits on the high-energy neutrino flux from the Sun from neutrino telescopes, we can place upper limits on the branching fraction of DM annihilation channels leading to neutrinos. With current data from IceCube and Super-Kamiokande non-trivial limits can be obtained for spin-dependent interactions and direct annihilations into neutrinos. In some cases also annihilations into tau tau or bb start getting constrained. For spin-independent interactions current constraints are weak, but they may become interesting for data from future neutrino telescopes.

引用

页数：24

共 73 条

[1] Search for Dark Matter Annihilations in the Sun with the 79-String IceCube Detector [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Altmann, D. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clark, K. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (13)

[2] First results on dark matter annihilation in the Sun using the ANTARES neutrino telescope [J].

Adrian-Martinez, S. ;

Al Samarai, I. ;

Albert, A. ;

Andre, M. ;

Anghinolfi, M. ;

Anton, G. ;

Anton, L. ;

Anvar, S. ;

Ardid, M. ;

Astraatmadja, T. ;

Aubert, J-J. ;

Baret, B. ;

Basa, S. ;

Bertin, V. ;

Biagi, S. ;

Bigongiari, C. ;

Bogazzi, C. ;

Bouhou, B. ;

Bouwhuis, M. C. ;

Brunner, J. ;

Busto, J. ;

Capone, A. ;

Carloganu, C. ;

Carr, J. ;

Cecchini, S. ;

Charif, Z. ;

Charvis, Ph. ;

Chiarusi, T. ;

Circella, M. ;

Classen, F. ;

Coniglione, R. ;

Core, L. ;

Costantini, H. ;

Coyle, P. ;

Creusot, A. ;

Curtil, C. ;

De Bonis, G. ;

Decowski, M. P. ;

Dekeyser, I. ;

Deschamps, A. ;

Distefano, C. ;

Donzaud, C. ;

Dornic, D. ;

Dorosti, Q. ;

Drouhin, D. ;

Dumas, A. ;

Eberl, T. ;

Emanuele, U. ;

Enzenhoefer, A. ;

Ernenwein, J-P. .

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, (11)

[3] Search for Low-Mass Weakly Interacting Massive Particles with SuperCDMS [J].

Agnese, R. ;

Anderson, A. J. ;

Asai, M. ;

Balakishiyeva, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Beaty, J. ;

Billard, J. ;

Borgland, A. ;

Bowles, M. A. ;

Brandt, D. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Chen, Y. ;

Cherry, M. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Crewdson, C. H. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

DeVaney, D. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Silva, E. Do Couto E. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Hansen, S. ;

Harris, H. R. ;

Hertel, S. A. ;

Hines, B. A. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jastram, A. ;

Kamaev, O. ;

Kara, B. ;

Kelsey, M. H. ;

Kenany, S. ;

Kennedy, A. ;

Kiveni, M. ;

Koch, K. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (24)

[4] Silicon Detector Dark Matter Results from the Final Exposure of CDMS II [J].

Agnese, R. ;

Ahmed, Z. ;

Anderson, A. J. ;

Arrenberg, S. ;

Balakishiyeva, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Billard, J. ;

Borgland, A. ;

Brandt, D. ;

Brink, P. L. ;

Bruch, T. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Crewdson, C. H. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Dejongh, F. ;

do Couto e Silva, E. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fox, J. ;

Fritts, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, R. H. ;

Hertel, S. A. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jastram, A. ;

Kamaev, O. ;

Kara, B. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kim, P. ;

Kiveni, M. ;

Koch, K. ;

Kos, M. ;

Leman, S. W. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (25)

[5] Combined limits on WIMPs from the CDMS and EDELWEISS experiments [J].

Ahmed, Z. ;

Akerib, D. S. ;

Armengaud, E. ;

Arrenberg, S. ;

Augier, C. ;

Bailey, C. N. ;

Balakishiyeva, D. ;

Baudis, L. ;

Bauer, D. A. ;

Benoit, A. ;

Berge, L. ;

Bluemer, J. ;

Brink, P. L. ;

Broniatowski, A. ;

Bruch, T. ;

Brudanin, V. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Censier, B. ;

Chapellier, M. ;

Chardin, G. ;

Charlieux, F. ;

Cooley, J. ;

Coulter, P. ;

Cox, G. A. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Defay, X. ;

De Jesus, M. ;

DeJongh, F. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Dolgorouki, Y. ;

Domange, J. ;

Dumoulin, L. ;

Dragowsky, M. R. ;

Eitel, K. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Filosofov, D. ;

Fourches, N. ;

Fox, J. ;

Fritts, M. ;

Gascon, J. ;

Gerbier, G. ;

Gironnet, J. ;

Golwala, S. R. ;

Gros, M. ;

Hall, J. .

PHYSICAL REVIEW D, 2011, 84 (01)

[6] First Results from the LUX Dark Matter Experiment at the Sanford Underground Research Facility [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Bedikian, S. ;

Bernard, E. ;

Bernstein, A. ;

Bolozdynya, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Clark, K. ;

Coffey, T. ;

Currie, A. ;

Curioni, A. ;

Dazeley, S. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. ;

Dragowsky, E. M. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Flores, C. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. ;

Hanhardt, M. ;

Hertel, S. A. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Knoche, R. ;

Kyre, S. ;

Lander, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (09)

[7] Results on low mass WIMPs using an upgraded CRESST-II detector [J].

Angloher, G. ;

Bento, A. ;

Bucci, C. ;

Canonica, L. ;

Erb, A. ;

von Feilitzsch, F. ;

Iachellini, N. Ferreiro ;

Gorla, P. ;

Gutlein, A. ;

Hauff, D. ;

Huff, P. ;

Jochum, J. ;

Kiefer, M. ;

Kister, C. ;

Kluck, H. ;

Kraus, H. ;

Lanfranchi, J. -C. ;

Loebell, J. ;

Muenster, A. ;

Petricca, F. ;

Potzel, W. ;

Proebst, F. ;

Reindl, F. ;

Roth, S. ;

Rottler, K. ;

Sailer, C. ;

Schaffner, K. ;

Schieck, J. ;

Schmaler, J. ;

Scholl, S. ;

Schoenert, S. ;

Seidel, W. ;

von Sivers, M. ;

Stodolsky, L. ;

Strandhagen, C. ;

Strauss, R. ;

Tanzke, A. ;

Uffinger, M. ;

Ulrich, A. ;

Usherov, I. ;

Wawoczny, S. ;

Willers, M. ;

Wuestrich, M. ;

Zoeller, A. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2014, 74 (12) :1-6

[8]

[Anonymous], ARXIV14012046

[9]

[Anonymous], ARXIV11093262

[10] Limits on Spin-Dependent WIMP-Nucleon Cross Sections from 225 Live Days of XENON100 Data [J].

Aprile, E. ;

Alfonsi, M. ;

Arisaka, K. ;

Arneodo, F. ;

Balan, C. ;

Baudis, L. ;

Bauermeister, B. ;

Behrens, A. ;

Beltrame, P. ;

Bokeloh, K. ;

Brown, A. ;

Brown, E. ;

Bruno, G. ;

Budnik, R. ;

Cardoso, J. M. R. ;

Chen, W. -T. ;

Choi, B. ;

Colijn, A. P. ;

Contreras, H. ;

Cussonneau, J. P. ;

Decowski, M. P. ;

Duchovni, E. ;

Fattori, S. ;

Ferella, A. D. ;

Fulgione, W. ;

Gao, F. ;

Garbini, M. ;

Ghag, C. ;

Giboni, K. -L. ;

Goetzke, L. W. ;

Grignon, C. ;

Gross, E. ;

Hampel, W. ;

Kaether, F. ;

Kish, A. ;

Lamblin, J. ;

Landsman, H. ;

Lang, R. F. ;

Le Calloch, M. ;

Lellouch, D. ;

Levy, C. ;

Lim, K. E. ;

Lin, Q. ;

Lindemann, S. ;

Lindner, M. ;

Lopes, J. A. M. ;

Lung, K. ;

Undagoitia, T. Marrodan ;

Massoli, F. V. ;

Fernandez, A. J. Melgarejo .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (02)

← 1 2 3 4 5 6 7 8 →