Measurement of TeV dark particles due to decay of heavy dark matter in the earth core at IceCube

被引：3

作者：

Xu, Ye ^{[1
,2
]}

机构：

[1] Fujian Univ Technol, Sch Elect Elect Engn & Phys, Fuzhou 350118, Peoples R China

[2] Fujian Univ Technol, Res Ctr Microelect Technol, Fuzhou 350118, Peoples R China

来源：

PHYSICS OF THE DARK UNIVERSE | 2021年 / 32卷

基金：

中国国家自然科学基金;

关键词：

Heavy dark matter; TeV dark matter; Z' mediated dark matter model; Neutrino; CONSTRAINTS; NEUTRINOS;

D O I：

10.1016/j.dark.2021.100809

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

In an alternative dark matter scenario, it is assumed that there exist two species of dark matter: a heavy dark matter particle (HDM) with the mass of O(TeV) which is generated in early universe and a lighter dark matter particle (LDM) which is a relativistic product due to the decay of HDM. HDMs, captured by the earth, decay to high energy LDMs, and these particles can be measured by km3 neutrino telescopes, like the IceCube detector. In the present paper, a Z' portal dark matter model is taken for LDMs to interact with nuclei via a neutral current interaction mediated by a heavy gauge boson Z' less than or similar to With the different lifetimes of decay of HDMs and Z' masses, the event rates of expected LDMs and neutrinos were evaluated at IceCube in the energy range between 1 TeV and 100 TeV. According to the IceCube data, the upper limit for LDM fluxes was estimated at 90% C.L. at IceCube. With m(Z'). 250GeV and tau(phi) less than or similar to 10(20) s, finally, it is proved that LDMs could be directly measured in the energy range between O(1TeV) and O(10TeV) at IceCube. (C) 2021 Elsevier B.V. All rights reserved.

引用

页数：5

共 50 条

[1] Search for Sources of Astrophysical Neutrinos Using Seven Years of IceCube Cascade Events [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Backes, P. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Balagopal, A. ;

Barbano, A. ;

Barwick, S. W. ;

Bastian, B. ;

Baum, V ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Buscher, J. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2019, 886 (01)

[2] Differential limit on the extremely-high-energy cosmic neutrino flux in the presence of astrophysical background from nine years of IceCube data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Al Samarai, I. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Argueelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Backes, P. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barbano, A. ;

Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. .

PHYSICAL REVIEW D, 2018, 98 (06)

[3] Constraints on Galactic Neutrino Emission with Seven Years of IceCube Data [J].

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Ackermann, M. ;

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Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Al Samarai, I. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Burgman, A. ;

Carver, T. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

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[4] SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].

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Ackermann, M. ;

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Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

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Archinger, M. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bai, X. ;

Barwick, S. W. ;

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Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

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. ;

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Burgman, A. ;

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Altmann, D. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K-H. ;

BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

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Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Christy, B. ;

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Classen, L. ;

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[6]

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Barbarino, G. ;

Barbarito, E. ;

Barbato, F. ;

Baret, B. ;

Baron, S. ;

Barrios, J. ;

Belias, A. ;

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van den Berg, A. M. ;

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Biagioni, A. ;

Bianucci, S. ;

Billault, M. ;

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Rookhuizen, H. Boer ;

Bormuth, R. ;

Bouche, V. ;

Bouhadef, B. ;

Bourlis, G. ;

Boutonnet, C. ;

Bouwhuis, M. ;

Bozza, C. ;

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Caillat, L. ;

Calamai, M. ;

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Bauer, D. A. ;

Billard, J. ;

Borgland, A. ;

Bowles, M. A. ;

Brandt, D. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Calkins, R. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Chen, Y. ;

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. ;

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Harris, H. R. ;

Hertel, S. A. ;

Hofer, T. ;

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Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jardin, D. ;

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Kamaev, O. ;

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Kennedy, A. ;

Kiveni, M. ;

Koch, K. ;

Leder, A. ;

Loer, B. ;

Lopez Asamar, E. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2015, 92 (07)

[9] Precision Measurement of the (e+ + e-) Flux in Primary Cosmic Rays from 0.5 GeV to 1 TeV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

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Andeen, K. ;

Arruda, L. ;

Attig, N. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Battarbee, M. ;

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Bazo, J. ;

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Berdugo, J. ;

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Cernuda, I. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, A. I. ;

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Balajthy, J. ;

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Bernstein, A. ;

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Byram, D. ;

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Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chiller, A. A. ;

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Fallon, S. R. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

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Ghag, C. ;

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Jacobsen, R. G. ;

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Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (25)

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[1] Search for Sources of Astrophysical Neutrinos Using Seven Years of IceCube Cascade Events [J].

Aartsen, M. G. ;

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Ahlers, M. ;

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Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Backes, P. ;

Bagherpour, H. ;

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Balagopal, A. ;

Barbano, A. ;

Barwick, S. W. ;

Bastian, B. ;

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Baur, S. ;

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Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Buscher, J. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2019, 886 (01)

[2] Differential limit on the extremely-high-energy cosmic neutrino flux in the presence of astrophysical background from nine years of IceCube data [J].

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Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

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Argueelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Backes, P. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barbano, A. ;

Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

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BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

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Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

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Bretz, H. -P. ;

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Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

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[3] Constraints on Galactic Neutrino Emission with Seven Years of IceCube Data [J].

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Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Burgman, A. ;

Carver, T. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Cheung, E. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 849 (01)

[4] SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].

Aartsen, M. G. ;

Abraham, K. ;

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. ;

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Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

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Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

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Besson, D. Z. ;

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Blaufuss, E. ;

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Burgman, A. ;

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Clark, K. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2016, 830 (02)

[5] Energy reconstruction methods in the IceCube neutrino telescope [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

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Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

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BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H-P. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

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Cowen, D. F. ;

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Danninger, M. .

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[6]

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Barbato, F. ;

Baret, B. ;

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Berkien, A. ;

Bertin, V. ;

Beurthey, S. ;

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Bianucci, S. ;

Billault, M. ;

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Rookhuizen, H. Boer ;

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Bouhadef, B. ;

Bourlis, G. ;

Boutonnet, C. ;

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Billard, J. ;

Borgland, A. ;

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Brandt, D. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Calkins, R. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Chen, Y. ;

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Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kiveni, M. ;

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Leder, A. ;

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