Directly Detecting MeV-Scale Dark Matter Via Solar Reflection

被引：90

作者：

An, Haipeng ^{[1
,2
]}

Pospelov, Maxim ^{[3
,4
]}

Pradler, Josef ^{[5
]}

Ritz, Adam ^{[3
]}

机构：

[1] CALTECH, Walter Burke Inst Theoret Phys, Pasadena, CA 91125 USA

[2] Tsinghua Univ, Dept Phys, Beijing 100084, Peoples R China

[3] Univ Victoria, Dept Phys & Astron, Victoria, BC V8P 5C2, Canada

[4] Perimeter Inst Theoret Phys, Waterloo, ON N2J 2W9, Canada

[5] Austrian Acad Sci, Inst High Energy Phys, A-1050 Vienna, Austria

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2018年 / 120卷 / 14期

基金：

加拿大自然科学与工程研究理事会;

关键词：

ABUNDANCES;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.120.141801

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

If dark matter (DM) particles are lighter than a few MeV/c(2) and can scatter off electrons, their interaction within the solar interior results in a considerable hardening of the spectrum of galactic dark matter received on Earth. For a large range of the mass versus cross section parameter space, {m(e), sigma(e)}, the "reflected" component of the DM flux is far more energetic than the end point of the ambient galactic DM energy distribution, making it detectable with existing DM detectors sensitive to an energy deposition of 10 - 10(3) eV. After numerically simulating the small reflected component of the DM flux, we calculate its subsequent signal due to scattering on detector electrons, deriving new constraints on sigma(e) in the MeV and sub-MeV range using existing data from the XENON10/100, LUX, PandaX-II, and XENON1T experiments, as well as making projections for future low threshold direct detection experiments.

引用

页数：6

共 61 条

[1] Projected sensitivity of the SuperCDMS SNOLAB experiment [J].

Agnese, R. ;

Anderson, A. J. ;

Aramaki, T. ;

Arnquist, I. ;

Baker, W. ;

Barker, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Borgland, A. ;

Bowles, M. A. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Calkins, R. ;

Cartaro, C. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Chen, Y. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Fritts, M. ;

Gerbier, G. ;

Ghaith, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, H. R. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hong, Z. ;

Hoppe, E. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Iyer, V. ;

Jardin, D. ;

Jastram, A. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kubik, A. ;

Kurinsky, N. A. ;

Leder, A. ;

Loer, B. .

PHYSICAL REVIEW D, 2017, 95 (08)

[2] Signal yields, energy resolution, and recombination fluctuations in liquid xenon [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 D, 2017, 95 (01)

[3] 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)

[4] Tritium calibration of the LUX dark matter experiment [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 D, 2016, 93 (07)

[5] Search for Light Dark Matter in XENON10 Data [J].

Angle, J. ;

Aprile, E. ;

Arneodo, F. ;

Baudis, L. ;

Bernstein, A. ;

Bolozdynya, A. I. ;

Coelho, L. C. C. ;

Dahl, C. E. ;

DeViveiros, L. ;

Ferella, A. D. ;

Fernandes, L. M. P. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Giboni, K. L. ;

Gomez, R. ;

Hasty, R. ;

Kastens, L. ;

Kwong, J. ;

Lopes, J. A. M. ;

Madden, N. ;

Manalaysay, A. ;

Manzur, A. ;

McKinsey, D. N. ;

Monzani, M. E. ;

Ni, K. ;

Oberlack, U. ;

Orboeck, J. ;

Plante, G. ;

Santorelli, R. ;

dos Santos, J. M. F. ;

Schulte, S. ;

Shagin, P. ;

Shutt, T. ;

Sorensen, P. ;

Winant, C. ;

Yamashita, M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (05)

[6] Results on light dark matter particles with a low-threshold CRESST-II detector [J].

Angloher, G. ;

Bento, A. ;

Bucci, C. ;

Canonica, L. ;

Defay, X. ;

Erb, A. ;

von Feilitzsch, F. ;

Iachellini, N. Ferreiro ;

Gorla, P. ;

Guetlein, A. ;

Hauff, D. ;

Jochum, J. ;

Kiefer, M. ;

Kluck, H. ;

Kraus, H. ;

Lanfranchi, J. C. ;

Loebell, J. ;

Muenster, A. ;

Pagliarone, C. ;

Petricca, F. ;

Potzel, W. ;

Proebst, F. ;

Reindl, F. ;

Schaffner, K. ;

Schieck, J. ;

Schoenert, S. ;

Seidel, W. ;

Stodolsky, L. ;

Strandhagen, C. ;

Strauss, R. ;

Tanzke, A. ;

Trinh Thi, H. H. ;

Tuerkoglu, C. ;

Uffinger, M. ;

Ulrich, A. ;

Usherov, I. ;

Wawoczny, S. ;

Willers, M. ;

Wuestrich, M. ;

Zoeller, A. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2016, 76 (01) :1-8

[7]

[Anonymous], arXiv

[8]

[Anonymous], ARXIV170704591

[9]

[Anonymous], ARXIV170309144

[10] First Dark Matter Search Results from the XENON1T Experiment [J].

Aprile, E. ;

Aalbers, J. ;

Agostini, F. ;

Alfonsi, M. ;

Amaro, F. D. ;

Anthony, M. ;

Arneodo, F. ;

Barrow, P. ;

Baudis, L. ;

Bauermeister, B. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berger, T. ;

Breur, P. A. ;

Brown, A. ;

Brown, E. ;

Bruenner, S. ;

Bruno, G. ;

Budnik, R. ;

Buetikofer, L. ;

Calven, J. ;

Cardoso, J. M. R. ;

Cervantes, M. ;

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. ;

Eurin, G. ;

Fei, J. ;

Ferella, A. D. ;

Fieguth, A. ;

Fulgione, W. ;

Rosso, A. Gallo ;

Galloway, M. ;

Gao, F. ;

Garbini, M. ;

Gardner, R. ;

Geis, C. ;

Goetzke, L. W. ;

Grandi, L. ;

Greene, Z. ;

Grignon, C. ;

Hasterok, C. ;

Hogenbirk, E. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (18)

← 1 2 3 4 5 6 7 →