Global limits and interference patterns in dark matter direct detection

被引：25

作者：

Catena, Riccardo ^{[1
]}

Gondolo, Paolo ^{[2
]}

机构：

[1] Inst Theoret Phys, D-37077 Gottingen, Germany

[2] Univ Utah, Dept Phys & Astron, Salt Lake City, UT 84112 USA

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2015年 / 08期

基金：

美国国家科学基金会;

关键词：

dark matter theory; dark matter experiments; EFFICIENT;

D O I：

10.1088/1475-7516/2015/08/022

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We compare the general effective theory of one-body dark matter nucleon interactions to current direct detection experiments in a global multidimensional statistical analysis. We derive exclusion limits on the 28 isoscalar and isovector coupling constants of the theory, and show that current data place interesting constraints on dark matter-nucleon interaction operators usually neglected in this context. We characterize the interference patterns that can arise in dark matter direct detection from pairs of dark matter-nucleon interaction operators, or from isoscalar and isovector components of the same operator. We find that commonly neglected destructive interference effects weaken standard direct detection exclusion limits by up to one order of magnitude in the coupling constants.

引用

页数：24

共 54 条

[1] 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)

[2] 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)

[3] 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)

[4] Dark Matter Search Results from the CDMS II Experiment [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. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

DeJongh, F. ;

Dragowsky, M. R. ;

Duong, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fritts, M. ;

Golwala, S. R. ;

Grant, D. 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. ;

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. ;

Saab, T. ;

Sadoulet, B. ;

Sander, J. .

SCIENCE, 2010, 327 (5973) :1619-1621

[5] 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)

[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] Search for Light Dark Matter in XENON10 Data (vol 107, 051301, 2011) [J].

Angle, J. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (24)

[8] 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)

[9]

[Anonymous], ARXIV13062144

[10] Dark Matter Results 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, E. ;

Bruno, G. ;

Budnik, R. ;

Cardoso, J. M. R. ;

Chen, W. -T. ;

Choi, B. ;

Cline, D. ;

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. ;

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 ;

Meng, Y. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2012, 109 (18)

← 1 2 3 4 5 6 →