Inelastic dark matter nucleus scattering

被引：10

作者：

Arcadi, G. ^{[1
,2
,3
]}

Doering, C. ^{[2
]}

Hasterok, C. ^{[2
]}

Vogl, S. ^{[2
]}

机构：

[1] Univ Roma Tre, Dipartimento Matemat & Fis, Via Vasca Navale 84, I-00146 Rome, Italy

[2] Max Planck Inst Kernphys, Saupfercheckweg 1, D-69117 Heidelberg, Germany

[3] INFN Sez Roma Tre, Via Vasca Navale 84, I-00146 Rome, Italy

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2019年 / 12期

关键词：

dark matter experiments; dark matter theory;

D O I：

10.1088/1475-7516/2019/12/053

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Direct detection experiments aim at the detection of dark matter in the form of weakly interacting massive particles (WIMPs) by searching for signals from elastic dark matter nucleus scattering. Additionally, inelastic scattering in which the nucleus is excited is expected from nuclear physics and provides an additional detectable signal. In the context of a low-energy effective field theory we investigate the experimental reach to these inelastic transitions for xenon-based detectors employing a dual-phase time projection chamber. We find that once a dark matter signal is established, inelastic transitions enhance the discovery reach and we show that they allow a better determination of the underlying particle physics.

引用

页数：28

共 73 条

[1] Results from a Search for Dark Matter in the Complete LUX Exposure [J].

Akerib, D. S. ;

Alsum, S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

Biesiadzinski, T. P. ;

Boulton, E. M. ;

Bramante, R. ;

Bras, P. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

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. ;

Kamdin, K. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (02)

[2] The Large Underground Xenon (LUX) experiment [J].

Akerib, D. S. ;

Bai, X. ;

Bedikian, S. ;

Bernard, E. ;

Bernstein, A. ;

Bolozdynya, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Camp, C. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Carr, D. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. ;

Chiller, C. ;

Clark, K. ;

Classen, T. ;

Coffey, T. ;

Curioni, A. ;

Dahl, E. ;

Dazeley, S. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dragowsky, E. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. ;

Hall, C. ;

Hanhardt, M. ;

Holbrook, B. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Knoche, R. ;

Kyre, S. ;

Kwong, J. ;

Lander, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. ;

Leonard, D. S. ;

Lesko, K. T. ;

Lindote, A. ;

Lopes, M. I. ;

Lyashenko, A. ;

Malling, D. C. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2013, 704 :111-126

[3] An ultra-low background PMT for liquid xenon detectors [J].

Akerib, D. S. ;

Bai, X. ;

Bernard, E. ;

Bernstein, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Carr, D. ;

Chapman, J. J. ;

Clark, K. ;

Coffey, T. ;

Edwards, B. ;

de Viveiros, L. ;

Dragowsky, M. ;

Druszkiewicz, E. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gibson, K. R. ;

Hall, C. ;

Hanhardt, M. ;

Holbrook, B. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Larsen, N. ;

Lee, C. ;

Lindote, A. ;

Lopes, M. I. ;

Lyashenko, A. ;

Malling, D. C. ;

Mannino, R. ;

McKinsey, D. N. ;

Mei, D. -M ;

Mock, J. ;

Morii, M. ;

Nelson, H. ;

Neves, F. ;

Nikkel, J. A. ;

Pangilinan, M. ;

Phelps, P. ;

Shutt, T. ;

Silva, C. ;

Skulski, W. ;

Solovov, V. N. ;

Sorensen, P. ;

Spaans, J. ;

Stiegler, T. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2013, 703 :1-6

[4] Improved measurement of the 2νββ half-life of 136Xe with the EXO-200 detector [J].

Albert, J. B. ;

Auger, M. ;

Auty, D. J. ;

Barbeau, P. S. ;

Beauchamp, E. ;

Beck, D. ;

Belov, V. ;

Benitez-Medina, C. ;

Bonatt, J. ;

Breidenbach, M. ;

Brunner, T. ;

Burenkov, A. ;

Cao, G. F. ;

Chambers, C. ;

Chaves, J. ;

Cleveland, B. ;

Cook, S. ;

Craycraft, A. ;

Daniels, T. ;

Danilov, M. ;

Daugherty, S. J. ;

Davis, C. G. ;

Davis, J. ;

DeVoe, R. ;

Delaquis, S. ;

Dobi, A. ;

Dolgolenko, A. ;

Dolinski, M. J. ;

Dunford, M. ;

Fairbank, W., Jr. ;

Farine, J. ;

Feldmeier, W. ;

Fierlinger, P. ;

Franco, D. ;

Fudenberg, D. ;

Giroux, G. ;

Gornea, R. ;

Graham, K. ;

Gratta, G. ;

Hall, C. ;

Hall, K. ;

Hargrove, C. ;

Herrin, S. ;

Hughes, M. ;

Jiang, X. S. ;

Johnson, A. ;

Johnson, T. N. ;

Johnston, S. ;

Karelin, A. ;

Kaufman, L. J. .

PHYSICAL REVIEW C, 2014, 89 (01)

[5] Limits on spin-dependent WIMP-nucleon cross-sections from the first ZEPLIN-II data [J].

Alner, G. J. ;

Araujo, H. M. ;

Bewick, A. ;

Bungau, C. ;

Camanzi, B. ;

Carson, M. J. ;

Cashmore, R. J. ;

Chagani, H. ;

Chepel, V. ;

Cline, D. ;

Davidge, D. ;

Davies, J. C. ;

Daw, E. ;

Dawson, J. ;

Durkin, T. ;

Edwards, B. ;

Gamble, T. ;

Gao, J. ;

Ghag, C. ;

Howard, A. S. ;

Jones, W. G. ;

Joshi, M. ;

Korolkova, E. V. ;

Kudryavtsev, V. A. ;

Lawson, T. ;

Lebedenko, V. N. ;

Lewin, J. D. ;

Lightfoot, P. ;

Lindote, A. ;

Liubarsky, I. ;

Lopes, M. I. ;

Luescher, R. ;

Majewski, P. ;

Mavrokoridis, K. ;

McMillan, J. E. ;

Morgan, B. ;

Muna, D. ;

Murphy, A. St. J. ;

Neves, F. ;

Nicklin, G. G. ;

Ooi, W. ;

Paling, S. M. ;

da Cunha, J. Pinto ;

Plank, Sts. ;

Preece, R. M. ;

Quenby, J. J. ;

Robinson, M. ;

Salinas, G. ;

Sergiampietri, F. ;

Silva, C. .

PHYSICS LETTERS B, 2007, 653 (2-4) :161-166

[6] Weakly interacting massive particle-nucleus elastic scattering response [J].

Anand, Nikhil ;

Fitzpatrick, A. Liam ;

Haxton, W. C. .

PHYSICAL REVIEW C, 2014, 89 (06)

[7] Limits on dark matter effective field theory parameters with CRESST-II [J].

Angloher, G. ;

Bauer, P. ;

Bento, A. ;

Bertoldo, E. ;

Bucci, C. ;

Canonica, L. ;

D'Addabbo, A. ;

Defay, X. ;

Di Lorenzo, S. ;

Erb, A. ;

Feilitzsch, F. V. ;

Iachellini, N. Ferreiro ;

Gorla, P. ;

Hauff, D. ;

Jochum, J. ;

Kiefer, M. ;

Kluck, H. ;

Kraus, H. ;

Langenkaemper, A. ;

Mancuso, M. ;

Mokina, V. ;

Mondragon, E. ;

Morgalyuk, V. ;

Muenster, A. ;

Olmi, M. ;

Pagliarone, C. ;

Petricca, F. ;

Potzel, W. ;

Proebst, F. ;

Reindl, F. ;

Rothe, J. ;

Schaffner, K. ;

Schieck, J. ;

Schipperges, V. ;

Schoenert, S. ;

Stahlberg, M. ;

Stodolsky, L. ;

Strandhagen, C. ;

Strauss, R. ;

Tuerkoglu, C. ;

Usherov, I. ;

Willers, M. ;

Wuestrich, M. ;

Zema, V. ;

Catena, R. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2019, 79 (01)

[8]

[Anonymous], ARXIV12112818

[9]

[Anonymous], 2016, JCAP

[10] XENON1T dark matter data analysis: Signal reconstruction, calibration, and event selection [J].

Aprile, E. ;

Aalbers, J. ;

Agostini, F. ;

Alfonsi, M. ;

Althueser, L. ;

Amaro, F. D. ;

Antochi, V. C. ;

Arneodo, F. ;

Baudis, L. ;

Bauermeister, B. ;

Bellagamba, L. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berger, T. ;

Breur, P. A. ;

Brown, A. ;

Brown, E. ;

Bruenner, S. ;

Bruno, G. ;

Budnik, R. ;

Capelli, C. ;

Cardoso, J. M. R. ;

Cichon, D. ;

Coderre, D. ;

Colijn, A. P. ;

Conrad, J. ;

Cussonneau, J. P. ;

Decowski, M. P. ;

de Perio, P. ;

Di Gangi, P. ;

Di Giovanni, A. ;

Diglio, S. ;

Elykov, A. ;

Eurin, G. ;

Fei, J. ;

Ferella, A. D. ;

Fieguth, A. ;

Fulgione, W. ;

Rosso, A. Gallo ;

Galloway, M. ;

Gao, F. ;

Garbini, M. ;

Grandi, L. ;

Greene, Z. ;

Hasterok, C. ;

Hogenbirk, E. ;

Howlett, J. ;

Iacovacci, M. ;

Itay, R. ;

Joerg, F. ;

Kazama, S. .

PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (05)

← 1 2 3 4 5 6 7 8 →