DAMA confronts null searches in the effective theory of dark matter-nucleon interactions

被引:30
作者
Catena, Riccardo [1 ]
Ibarra, Alejandro [2 ]
Wild, Sebastian [2 ]
机构
[1] Chalmers Univ Technol, Dept Phys, Kemigarden 1, S-41296 Gothenburg, Sweden
[2] Tech Univ Munich, Phys Dept T30d, James Franck Str, D-85748 Garching, Germany
关键词
dark matter theory; dark matter experiments; ANNUAL MODULATION;
D O I
10.1088/1475-7516/2016/05/039
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We examine the dark matter interpretation of the modulation signal reported by the DAMA experiment from the perspective of effective field theories displaying Galilean invariance. We consider the most general effective coupling leading to the elastic scattering of a dark matter particle with spin 0 or 1/2 off a nucleon, and we analyze the compatibility of the DAMA signal with the null results from other direct detection experiments, as well as with the non-observation of a high energy neutrino flux in the direction of the Sun from dark matter annihilation. To this end, we develop a novel semi-analytical approach for comparing experimental results in the high-dimensional parameter space of the non-relativistic effective theory. Assuming the standard halo model, we find a strong tension between the dark matter interpretation of the DAMA modulation signal and the null result experiments. We also list possible ways-out of this conclusion.
引用
收藏
页数:19
相关论文
共 64 条
[1]   Direct dark matter search by annual modulation in XMASS-I [J].
Abe, K. ;
Hiraide, K. ;
Ichimura, K. ;
Kishimoto, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Kobayashi, M. ;
Moriyama, S. ;
Nakahata, M. ;
Norita, T. ;
Ogawa, H. ;
Sekiya, H. ;
Takachio, O. ;
Takeda, A. ;
Yamashita, M. ;
Yang, B. S. ;
Kim, N. Y. ;
Kim, Y. D. ;
Tasaka, S. ;
Fushimi, K. ;
Liu, J. ;
Martens, K. ;
Suzuki, Y. ;
Xu, B. D. ;
Fujita, R. ;
Hosokawa, K. ;
Miuchi, K. ;
Onishi, Y. ;
Oka, N. ;
Takeuchi, Y. ;
Kim, Y. H. ;
Lee, J. S. ;
Lee, K. B. ;
Lee, M. K. ;
Fukuda, Y. ;
Itow, Y. ;
Kegasa, R. ;
Kobayashi, K. ;
Masuda, K. ;
Takiya, H. ;
Nishijima, K. ;
Nakamura, S. .
PHYSICS LETTERS B, 2016, 759 :272-276
[2]   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)
[3]   Search for Low-Mass Weakly Interacting Massive Particles Using Voltage-Assisted Calorimetric Ionization Detection in the SuperCDMS Experiment [J].
Agnese, R. ;
Anderson, A. J. ;
Asai, M. ;
Balakishiyeva, D. ;
Thakur, R. Basu ;
Bauer, D. A. ;
Billard, J. ;
Borgland, A. ;
Bowles, M. A. ;
Brandt, D. ;
Brink, P. L. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cerdeno, D. G. ;
Chagani, H. ;
Cooley, J. ;
Cornell, B. ;
Crewdson, C. H. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
Di Stefano, P. C. F. ;
Doughty, T. ;
Esteban, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Godfrey, G. L. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Harris, H. R. ;
Hertel, S. A. ;
Hofer, T. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Jastram, A. ;
Kamaev, O. ;
Kara, B. ;
Kelsey, M. H. ;
Kennedy, A. ;
Kiveni, M. ;
Koch, K. ;
Loer, B. ;
Lopez Asamar, E. ;
Mahapatra, R. ;
Mandic, V. ;
Martinez, C. ;
McCarthy, K. A. ;
Mirabolfathi, N. ;
Moffatt, R. A. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (04)
[4]   Results from a Low-Energy Analysis of the CDMS II Germanium Data [J].
Ahmed, Z. ;
Akerib, D. S. ;
Arrenberg, S. ;
Bailey, C. N. ;
Balakishiyeva, D. ;
Baudis, L. ;
Bauer, D. A. ;
Brink, P. L. ;
Bruch, T. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cooley, J. ;
do Couto e Silva, E. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
DeJongh, F. ;
Di Stefano, P. ;
Dragowsky, M. R. ;
Duong, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Filippini, J. ;
Fox, J. ;
Fritts, M. ;
Golwala, S. R. ;
Hall, J. ;
Hennings-Yeomans, R. ;
Hertel, S. A. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Kamaev, O. ;
Kiveni, M. ;
Kos, M. ;
Leman, S. W. ;
Liu, S. ;
Mahapatra, R. ;
Mandic, V. ;
McCarthy, K. A. ;
Mirabolfathi, N. ;
Moore, D. ;
Nelson, H. ;
Ogburn, R. W. ;
Phipps, A. ;
Pyle, M. ;
Qiu, X. ;
Ramberg, E. ;
Rau, W. ;
Reisetter, A. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (13)
[5]   Improved Limits on Scattering of Weakly Interacting Massive Particles from Reanalysis of 2013 LUX Data [J].
Akerib, D. S. ;
Araujo, H. M. ;
Bai, X. ;
Bailey, A. J. ;
Balajthy, J. ;
Beltrame, P. ;
Bernard, E. P. ;
Bernstein, A. ;
Biesiadzinski, T. P. ;
Boulton, E. M. ;
Bradley, A. ;
Bramante, R. ;
Cahn, S. B. ;
Carmona-Benitez, M. C. ;
Chan, C. ;
Chapman, J. J. ;
Chiller, A. A. ;
Chiller, C. ;
Currie, A. ;
Cutter, J. E. ;
Davison, T. J. R. ;
de Viveiros, L. ;
Dobi, A. ;
Dobson, J. E. Y. ;
Druszkiewicz, E. ;
Edwards, B. N. ;
Faham, C. H. ;
Fiorucci, S. ;
Gaitskell, R. J. ;
Gehman, V. M. ;
Ghag, C. ;
Gibson, K. R. ;
Gilchriese, M. G. D. ;
Hall, C. R. ;
Hanhardt, M. ;
Haselschwardt, S. J. ;
Hertel, S. A. ;
Hogan, D. P. ;
Horn, M. ;
Huang, D. Q. ;
Ignarra, C. M. ;
Ihm, M. ;
Jacobsen, R. G. ;
Ji, W. ;
Kazkaz, K. ;
Khaitan, D. ;
Knoche, R. ;
Larsen, N. A. ;
Lee, C. ;
Lenardo, B. G. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (16)
[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]  
Amare J., 2015, 14 M GROSSM M REC DE
[8]   Dark matter search results from the PICO-60 CF3I bubble chamber [J].
Amole, C. ;
Ardid, M. ;
Asner, D. M. ;
Baxter, D. ;
Behnke, E. ;
Bhattacharjee, P. ;
Borsodi, H. ;
Bou-Cabo, M. ;
Brice, S. J. ;
Broemmelsiek, D. ;
Clark, K. ;
Collar, J. I. ;
Cooper, P. S. ;
Crisler, M. ;
Dahl, C. E. ;
Daley, S. ;
Das, M. ;
Debris, F. ;
Dhungana, N. ;
Fallows, S. ;
Farine, J. ;
Felis, I. ;
Filgas, R. ;
Girard, F. ;
Giroux, G. ;
Grandison, A. ;
Hai, M. ;
Hall, J. ;
Harris, O. ;
Jin, M. ;
Krauss, C. B. ;
Lafreniere, M. ;
Laurin, M. ;
Lawson, I. ;
Levine, I. ;
Lippincott, W. H. ;
Mann, E. ;
Maurya, D. ;
Mitra, P. ;
Neilson, R. ;
Noble, A. J. ;
Plante, A. ;
Podviianiuk, R. B. ;
Priya, S. ;
Ramberg, E. ;
Robinson, A. E. ;
Rucinski, R. ;
Ruschman, M. ;
Scallon, O. ;
Seth, S. .
PHYSICAL REVIEW D, 2016, 93 (05)
[9]   Improved dark matter search results from PICO-2L Run 2 [J].
Amole, C. ;
Ardid, M. ;
Arnquist, I. J. ;
Asner, D. M. ;
Baxter, D. ;
Behnke, E. ;
Bhattacharjee, P. ;
Borsodi, H. ;
Bou-Cabo, M. ;
Brice, S. J. ;
Broemmelsiek, D. ;
Clark, K. ;
Collar, J. I. ;
Cooper, P. S. ;
Crisler, M. ;
Dahl, C. E. ;
Das, M. ;
Debris, F. ;
Fallows, S. ;
Farine, J. ;
Felis, I. ;
Filgas, R. ;
Fines-Neuschild, M. ;
Girard, F. ;
Giroux, G. ;
Hall, J. ;
Harris, O. ;
Hoppe, E. W. ;
Jackson, C. M. ;
Jin, M. ;
Krauss, C. B. ;
Lafreniere, M. ;
Laurin, M. ;
Lawson, I. ;
Leblanc, A. ;
Levine, I. ;
Lippincott, W. H. ;
Mann, E. ;
Martin, J. P. ;
Maurya, D. ;
Mitra, P. ;
Olson, S. ;
Neilson, R. ;
Noble, A. J. ;
Plante, A. ;
Podviianiuk, R. B. ;
Priya, S. ;
Robinson, A. E. ;
Ruschman, M. ;
Scallon, O. .
PHYSICAL REVIEW D, 2016, 93 (06)
[10]   Dark Matter Search Results from the PICO-2L C3F8 Bubble Chamber [J].
Amole, C. ;
Ardid, M. ;
Asner, D. M. ;
Baxter, D. ;
Behnke, E. ;
Bhattacharjee, P. ;
Borsodi, H. ;
Bou-Cabo, M. ;
Brice, S. J. ;
Broemmelsiek, D. ;
Clark, K. ;
Collar, J. I. ;
Cooper, P. S. ;
Crisler, M. ;
Dahl, C. E. ;
Daley, S. ;
Das, M. ;
Debris, F. ;
Dhungana, N. ;
Farine, J. ;
Felis, I. ;
Filgas, R. ;
Fines-Neuschild, M. ;
Girard, F. ;
Giroux, G. ;
Hai, M. ;
Hall, J. ;
Harris, O. ;
Jackson, C. M. ;
Jin, M. ;
Krauss, C. B. ;
Lafreniere, M. ;
Laurin, M. ;
Lawson, I. ;
Levine, I. ;
Lippincott, W. H. ;
Mann, E. ;
Martin, J. P. ;
Maurya, D. ;
Mitra, P. ;
Neilson, R. ;
Noble, A. J. ;
Plante, A. ;
Podviianiuk, R. B. ;
Priya, S. ;
Robinson, A. E. ;
Ruschman, M. ;
Scallon, O. ;
Seth, S. ;
Sonnenschein, A. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 114 (23)