Optimized velocity distributions for direct dark matter detection

被引：18

作者：

Ibarra, Alejandro ^{[1
,2
]}

Rappelt, Andreas ^{[1
]}

机构：

[1] Tech Univ Munich, Phys Dept T30d, James Franck Str, D-85748 Garching, Germany

[2] Korea Inst Adv Study, Sch Phys, Seoul 02455, South Korea

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2017年 / 08期

关键词：

dark matter theory; dark matter experiments; ANNUAL MODULATION; MILKY; MASS; SEARCH; MODELS; LIMITS; PHASE; DISK; KPC; SUN;

D O I：

10.1088/1475-7516/2017/08/039

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We present a method to calculate, without making assumptions about the local dark matter velocity distribution, the maximal and minimal number of signal events in a direct detection experiment given a set of constraints from other direct detection experiments and/or neutrino telescopes. The method also allows to determine the velocity distribution that optimizes the signal rates. We illustrate our method with three concrete applications: i) to derive a halo-independent upper limit on the cross section from a set of null results, ii) to confront in a halo-independent way a detection claim to a set of null results and iii) to assess, in a halo-independent manner, the prospects for detection in a future experiment given a set of current null results.

引用

页数：30

共 84 条

[1] 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)

[2] 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)

[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] 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

[5] The ZEPLIN-III dark matter detector:: Instrument design, manufacture and commissioning [J].

Akimov, D. Yu. ;

Alner, G. J. ;

Araujo, H. M. ;

Bewick, A. ;

Bungau, C. ;

Burenkov, A. A. ;

Carson, M. J. ;

Chagani, H. ;

Chepel, V. ;

Cline, D. ;

Davidge, D. ;

Daw, E. ;

Dawson, J. ;

Durkin, T. ;

Edwards, B. ;

Gamble, T. ;

Chag, C. ;

Hollingworth, R. J. ;

Howard, A. S. ;

Jones, W. G. ;

Joshi, M. ;

Mavrokoridis, K. ;

Korolkova, E. ;

Kovalenko, A. ;

Kudryavtsev, V. A. ;

Kuznetsov, I. S. ;

Lawson, T. ;

Lebedenko, V. N. ;

Lewin, J. D. ;

Lightfoot, P. ;

Lindote, A. ;

Liubarsky, I. ;

Lopes, M. I. ;

Luscher, R. ;

McMillan, J. E. ;

Majewski, P. ;

Morgan, B. ;

Muna, D. ;

Murphy, A. S. ;

Neves, F. ;

Nicklin, G. G. ;

Paling, S. M. ;

Muna, D. ;

da Cunha, J. Pinto ;

Plank, S. J. S. ;

Preece, R. ;

Quenby, J. J. ;

Robinson, M. ;

Silva, C. ;

Solovov, V. N. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2007, 27 (01) :46-60

[6] Dark Matter Search Results from the PICO-60C3F8 Bubble Chamber [J].

Amole, C. ;

Ardid, M. ;

Arnquist, I. J. ;

Asner, D. M. ;

Baxter, D. ;

Behnke, E. ;

Bhattacharjee, P. ;

Borsodi, H. ;

Bou-Cabo, M. ;

Campion, P. ;

Cao, G. ;

Chen, C. J. ;

Chowdhury, U. ;

Clark, K. ;

Collar, J. I. ;

Cooper, P. S. ;

Crisler, M. ;

Crowder, G. ;

Dahl, C. E. ;

Das, M. ;

Fallows, S. ;

Farine, J. ;

Felis, I. ;

Filgas, R. ;

Girard, F. ;

Giroux, G. ;

Hall, J. ;

Harris, O. ;

Hoppe, E. W. ;

Jin, M. ;

Krauss, C. B. ;

Laurin, M. ;

Lawson, I. ;

Leblanc, A. ;

Levine, I. ;

Lippincott, W. H. ;

Mamedov, F. ;

Maurya, D. ;

Mitra, P. ;

Nania, T. ;

Neilson, R. ;

Noble, A. J. ;

Olson, S. ;

Ortega, A. ;

Plante, A. ;

Podviyanuk, R. ;

Priya, S. ;

Robinson, A. E. ;

Roeder, A. ;

Rucinski, R. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (25)

[7] Dark Matter Search Results from the PICO-2L C3F8 Bubble Chamber [J].

Amole, C. ;

Ardid, M. ;

Asner, D. M. ;

Baxter, D. ;

Behnke, E. ;

Bhattacharjee, P. ;

Borsodi, H. ;

Bou-Cabo, M. ;

Brice, S. J. ;

Broemmelsiek, D. ;

Clark, K. ;

Collar, J. I. ;

Cooper, P. S. ;

Crisler, M. ;

Dahl, C. E. ;

Daley, S. ;

Das, M. ;

Debris, F. ;

Dhungana, N. ;

Farine, J. ;

Felis, I. ;

Filgas, R. ;

Fines-Neuschild, M. ;

Girard, F. ;

Giroux, G. ;

Hai, M. ;

Hall, J. ;

Harris, O. ;

Jackson, C. M. ;

Jin, M. ;

Krauss, C. B. ;

Lafreniere, M. ;

Laurin, M. ;

Lawson, I. ;

Levine, I. ;

Lippincott, W. H. ;

Mann, E. ;

Martin, J. P. ;

Maurya, D. ;

Mitra, P. ;

Neilson, R. ;

Noble, A. J. ;

Plante, A. ;

Podviianiuk, R. B. ;

Priya, S. ;

Robinson, A. E. ;

Ruschman, M. ;

Scallon, O. ;

Seth, S. ;

Sonnenschein, A. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 114 (23)

[8] Halo-independent direct detection analyses without mass assumptions [J].

Anderson, Adam J. ;

Fox, Patrick J. ;

Kahn, Yonatan ;

McCullough, Matthew .

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, (10)

[9]

[Anonymous], ARXIV150902910

[10]

[Anonymous], ARXIV10021912

← 1 2 3 4 5 6 7 8 9 →