Direct detection of WIMP dark matter: concepts and status

被引:345
作者
Schumann, Marc [1 ]
机构
[1] Univ Freiburg, Phys Inst, D-79104 Freiburg, Germany
基金
欧洲研究理事会;
关键词
dark matter; direct detection; weakly interacting massive particle; low background physics; rare event search; SPIRAL GALAXIES; SEARCH; LIMITS; IONIZATION; GERMANIUM; DENSITY;
D O I
10.1088/1361-6471/ab2ea5
中图分类号
O57 [原子核物理学、高能物理学];
学科分类号
070202 ;
摘要
The existence of dark matter as evidenced by numerous indirect observations is one of the most important indications that there must be physics beyond the Standard Model of particle physics. This article reviews the concepts of direct detection of dark matter in the form of Weakly Interacting Massive Particles in ultra-sensitive detectors located in underground laboratories, discusses the expected signatures, detector concepts, and how the stringent low-background requirements are achieved. Finally, it summarizes the current status of the field and provides an outlook on the years to come.
引用
收藏
页数:36
相关论文
共 172 条
[1]   DARWIN: towards the ultimate dark matter detector [J].
Aalbers, J. ;
Agostini, F. ;
Alfonsi, M. ;
Amaro, F. D. ;
Amsler, C. ;
Aprile, E. ;
Arazi, L. ;
Arneodo, F. ;
Barrow, P. ;
Baudis, L. ;
Benabderrahmane, M. L. ;
Berger, T. ;
Beskers, B. ;
Breskin, A. ;
Breur, P. A. ;
Brown, A. ;
Brown, E. ;
Bruenner, S. ;
Bruno, G. ;
Budnik, R. ;
Butikofer, L. ;
Calven, J. ;
Cardoso, J. M. R. ;
Cichon, D. ;
Coderre, D. ;
Colijn, A. P. ;
Conrad, J. ;
Cussonneau, J. P. ;
Decowski, M. P. ;
Diglio, S. ;
Drexlin, G. ;
Duchovni, E. ;
Erdal, E. ;
Eurin, G. ;
Ferella, A. ;
Fieguth, A. ;
Fulgione, W. ;
Rosso, A. Gallo ;
Di Gangi, P. ;
Di Giovanni, A. ;
Galloway, M. ;
Garbini, M. ;
Geis, C. ;
Glueck, F. ;
Grandi, L. ;
Greene, Z. ;
Grignon, C. ;
Hasterok, C. ;
Hannen, V. ;
Hogenbirk, E. .
JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2016, (11)
[2]   DarkSide-20k: A 20 tonne two-phase LAr TPC for direct dark matter detection at LNGS [J].
Aalseth, C. E. ;
Acerbi, F. ;
Agnes, P. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Alexander, T. ;
Alici, A. ;
Alton, A. K. ;
Antonioli, P. ;
Arcelli, S. ;
Ardito, R. ;
Arnquist, I. J. ;
Asner, D. M. ;
Ave, M. ;
Back, H. O. ;
Barrado Olmedo, A. I. ;
Batignani, G. ;
Bertoldo, E. ;
Bettarini, S. ;
Bisogni, M. G. ;
Bocci, V. ;
Bondar, A. ;
Bonfini, G. ;
Bonivento, W. ;
Bossa, M. ;
Bottino, B. ;
Boulay, M. ;
Bunker, R. ;
Bussino, S. ;
Buzulutskov, A. ;
Cadeddu, M. ;
Cadoni, M. ;
Caminata, A. ;
Canci, N. ;
Candela, A. ;
Cantini, C. ;
Caravati, M. ;
Cariello, M. ;
Carlini, M. ;
Carpinelli, M. ;
Castellani, A. ;
Catalanotti, S. ;
Cataudella, V. ;
Cavalcante, P. ;
Cavuoti, S. ;
Cereseto, R. ;
Chepurnov, A. ;
Cicalo, C. ;
Cifarelli, L. ;
Citterio, M. ;
Cocco, A. G. .
EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL PLUS, 2018, 133 (03)
[3]   Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a p-Type Point Contact Germanium Detector [J].
Aalseth, C. E. ;
Barbeau, P. S. ;
Bowden, N. S. ;
Cabrera-Palmer, B. ;
Colaresi, J. ;
Collar, J. I. ;
Dazeley, S. ;
de Lurgio, P. ;
Fast, J. E. ;
Fields, N. ;
Greenberg, C. H. ;
Hossbach, T. W. ;
Keillor, M. E. ;
Kephart, J. D. ;
Marino, M. G. ;
Miley, H. S. ;
Miller, M. L. ;
Orrell, J. L. ;
Radford, D. C. ;
Reyna, D. ;
Tench, O. ;
Van Wechel, T. D. ;
Wilkerson, J. F. ;
Yocum, K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (13)
[4]   Search for annihilating dark matter in the Sun with 3 years of IceCube data [J].
Aartsen, M. G. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Altmann, D. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I. ;
Anton, G. ;
Archinger, M. ;
Arguelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Bai, X. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
BenZvi, S. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Bron, S. ;
Burgman, A. ;
Carver, T. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Clark, K. ;
Classen, L. .
EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (03)
[5]   GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D. V. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (16)
[6]   A direct dark matter search in XMASS-I [J].
Abe, K. ;
Hiraide, K. ;
Ichimura, K. ;
Kishimoto, Y. ;
Kobayashi, K. ;
Kobayashi, M. ;
Moriyama, S. ;
Nakahata, M. ;
Norita, T. ;
Ogawa, H. ;
Sato, K. ;
Sekiya, H. ;
Takachio, O. ;
Takeda, A. ;
Tasaka, S. ;
Yamashita, M. ;
Yang, B. S. ;
Kim, N. Y. ;
Kim, Y. D. ;
Itow, Y. ;
Kanzawa, K. ;
Kegasa, R. ;
Masuda, K. ;
Takiya, H. ;
Fushimi, K. ;
Kanzaki, G. ;
Martens, K. ;
Suzuki, Y. ;
Xu, B. D. ;
Fujita, R. ;
Hosokawa, K. ;
Miuchi, K. ;
Oka, N. ;
Takeuchi, Y. ;
Kim, Y. H. ;
Lee, K. B. ;
Lee, M. K. ;
Fukuda, Y. ;
Miyasaka, M. ;
Nishijima, K. ;
Nakamura, S. .
PHYSICS LETTERS B, 2019, 789 :45-53
[7]   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
[8]   Distillation of liquid xenon to remove krypton [J].
Abe, K. ;
Hosaka, J. ;
Iida, T. ;
Ikeda, M. ;
Kobayashi, K. ;
Koshio, Y. ;
Minamino, A. ;
Miura, M. ;
Moriyama, S. ;
Nakahata, M. ;
Nakajima, Y. ;
Namba, T. ;
Ogawa, H. ;
Sekiya, H. ;
Shiozawa, M. ;
Suzuki, Y. ;
Takeda, A. ;
Takeuchi, Y. ;
Ueshima, K. ;
Yamashita, M. ;
Kaneyuki, K. ;
Ebizuka, Y. ;
Kikuchi, J. ;
Ota, A. ;
Suzuki, S. ;
Takahashi, T. ;
Hagiwara, H. ;
Kamei, T. ;
Miyamoto, K. ;
Nagase, T. ;
Nakamura, S. ;
Ozaki, Y. ;
Sato, T. ;
Fukuda, Y. ;
Sato, T. ;
Nishijima, K. ;
Sakurai, M. ;
Maruyama, T. ;
Motoki, D. ;
Itow, Y. ;
Ohsumi, H. ;
Tasaka, S. ;
Kim, S. B. ;
Kim, Y. D. ;
Lee, J. I. ;
Moon, S. H. ;
Urakawa, Y. ;
Uchino, M. ;
Kamioka, Y. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2009, 31 (04) :290-296
[9]   SENSEI: Direct-Detection Constraints on Sub-GeV Dark Matter from a Shallow Underground Run Using a Prototype Skipper CCD [J].
Abramoff, Orr ;
Barak, Liron ;
Bloch, Itay M. ;
Chaplinsky, Luke ;
Crisler, Michael ;
Dawa ;
Drlica-Wagner, Alex ;
Essig, Rouven ;
Estrada, Juan ;
Etzion, Erez ;
Fernandez, Guillermo ;
Gift, Daniel ;
Sofo-Haro, Miguel ;
Taenzer, Joseph ;
Tiffenberg, Javier ;
Volansky, Tomer ;
Yu, Tien-Tien .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 122 (16)
[10]   Planck 2015 results XIII. Cosmological parameters [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Bartolo, N. ;
Battaner, E. ;
Battye, R. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chiang, H. C. ;
Chluba, J. ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 594