Environmental effect in direct detection of cosmic-ray accerated light dark matter

直接探测宇宙射线加速的光暗物质的环境效应

基本信息

批准号：
21K03562
负责人：
長尾桂子
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Okayama University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年の暗黒物質の直接検出実験の結果から、MeVスケール以下の質量を持つ軽い暗黒物質が有望視されている。このような軽い暗黒物質は宇宙線によって加速され、高い運動エネルギーを伴うイベントとして検出される可能性が指摘されている。本研究では、特に暗黒物質密度が高い銀河系の中心方向から、宇宙線による加速を受けて地球に到来する暗黒物質を方向の情報を用いて検出する手法について検討を行った。N体シミュレーションの結果から示唆される暗黒物質の代表的な３つの密度分布（NFWプロファイル、Einastoプロファイル、isothermalプロファイル）を想定して、実験で検出される方向情報をシミュレーションした。その結果、方向情報を検出できる直接検出実験であるNEWAGE(CYGNUS)実験、NEWSdm実験での、宇宙線に加速される暗黒物質の将来的な検証可能性を示した(arXiv:2211.13399, 投稿中)。また、当該年度である2022年には、CDF実験から、測定されたWボソン質量の異常が報告された。この報告を受けて、Wボソンの質量異常やこれまでに示唆された実験結果から示唆される素粒子模型を離散対称性やU(1)R対称性、U(1)Lμ-Lτ×U(1)H対称性などを用いて構築し、実験の制限から許されるパラメータ領域を示した。特に、それらの模型に含まれる暗黒物質の性質や観測からの制限を明らかにした（Phys.Rev.D 106 (2022) 11, 115011）（Eur.Phys.J.Plus 138 (2023) 4, 365）（arXiv:2212.14528, 投稿中）。

直接暗物质探测实验的最新结果显示了质量低于 MeV 尺度的光暗物质的前景。有人指出，这种轻暗物质可能会被宇宙射线加速并被检测为具有高动能的事件。在这项研究中，我们研究了一种使用方向信息来探测暗物质的方法，暗物质被宇宙射线加速并从银河系中心到达地球，那里的暗物质密度特别高。我们通过假设 N 体模拟结果所建议的三种典型的暗物质密度分布（NFW 剖面、Einasto 剖面和等温剖面）来模拟实验中检测到的方向信息。结果表明，未来在NEWAGE（CYGNUS）实验和NEWSdm实验中验证宇宙射线加速暗物质的可能性，这两个实验都是可以探测方向信息的直接探测实验（arXiv:2211.13399，目前正在提交）。此外，2022 年，CDF 实验报告了测得的 W 玻色子质量异常。根据该报告，根据 W 玻色子的质量异常和迄今为止提出的实验结果提出的基本粒子模型是使用离散对称性、U(1)R 对称性、U(1)Lμ-Lτ×U( 1) 使用H对称性等构造并显示由于实验限制而允许的参数范围。特别是，我们阐明了这些模型中包含的暗物质的属性以及观测的局限性 (Phys.Rev.D 106 (2022) 11, 115011) (Eur.Phys.J.Plus 138 (2023) 4, 365) ( arXiv:2212.14528，目前正在提交）。