Probing light dark matter and core-collapse supernova phenomena with neutrinos at SNO+
在 SNO 中利用中微子探测轻暗物质和核心塌缩超新星现象
基本信息
- 批准号:2584417
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2021
- 资助国家:英国
- 起止时间:2021 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Mr Hewitt will investigate the sensitivity of SNO+ to light (sub-GeV) dark matter up-scattered by cosmic ray electrons and protons in the galactic halo, an idea prompted by a recent paper by Cappiello and Beacom (PRD 100 (2019) 10, 103011). These particles tend to evade dark matter direct detection experiments because of their low momentum, but they may leave up to O(10) MeV visible energy in SNO+. SNO+'s exceptionally low backgrounds could improve limits (calculated by Cappiello and Beacom based on other experimental data) for this relatively unexplored range of dark matter candidates. This part of the project involves different models of the galactic halo, cosmic rays, and simplified simulation of the propagation of exotic particles through 2km of the Earth's crust, followed by full Geant4-based detector simulation of individual events.The main focus of the second part of Mr Hewitt's project will shift to neutrinos from a (prospective but rare) galactic core-collapse supernova. He will seek to improve SNO+ sensitivity to pre-supernova neutrinos and the supernova burst by improving the detector's nearly real-time analysis of coincident events (indicative of inverse beta decay) and burst patterns (incorporating different charged and neutral-current processes). He will also investigate strategies for increasing SNO+ acceptance of neutrino events outside the main scintillator volume, a task which will involve detailed simulation and the development of novel reconstruction techniques in areas of the detector with complicated optics. As part of this investigation, he will examine whether it is possible to extract directional information from at least some of these largely water-based events, since such events may help localize the direction of the supernova - important information to relay as quickly as possible to the astronomical observer community via the global Supernova Neutrino Early Warning System (SNEWS) network. Mr Hewitt will also investigate the impact of a range of dark matter models on the observed time and energy spectra of the supernova neutrinos and other associated energy depositions in the detector. Understanding these effects will further inform SNO+ and other neutrino experiments as to the range of different phenomena which may be observed in the event of a galactic supernova, and improve the ability of SNEWS to produce timely, reliable, relevant information for subsequent real-time observations, as well as correlation with both electromagnetic and gravitational "messengers".
休伊特先生将研究 SNO+ 对银河晕中宇宙射线电子和质子向上散射的光(亚 GeV)暗物质的敏感性,这一想法是由 Cappiello 和 Beacom 最近发表的一篇论文提出的(PRD 100 (2019) 10, 103011)。由于动量较低,这些粒子往往会逃避暗物质直接探测实验,但它们可能会在 SNO+ 中留下高达 O(10) MeV 的可见能量。 SNO+ 的极低背景可以改善这一相对未经探索的暗物质候选范围的限制(由 Cappiello 和 Beacom 根据其他实验数据计算)。该项目的这一部分涉及银河晕、宇宙射线的不同模型,以及奇异粒子穿过地壳 2 公里传播的简化模拟,然后是基于 Geant4 的探测器对单个事件的完整模拟。第二个的主要焦点休伊特先生的项目的一部分将从(预期但罕见的)银河系核心塌缩超新星转向中微子。他将通过改进探测器对同时事件(指示逆β衰变)和爆发模式(结合不同的带电和中性电流过程)的近乎实时分析,寻求提高SNO+对超新星前中微子和超新星爆发的灵敏度。他还将研究增加 SNO+ 对主闪烁体体积之外的中微子事件的接受度的策略,这项任务将涉及详细模拟和在具有复杂光学器件的探测器区域开发新颖的重建技术。作为这项调查的一部分,他将研究是否有可能从至少一些主要基于水的事件中提取方向信息,因为此类事件可能有助于定位超新星的方向 - 需要尽快将重要信息传递给天文观测者社区通过全球超新星中微子早期预警系统(SNEWS)网络。休伊特先生还将研究一系列暗物质模型对超新星中微子观测时间和能谱以及探测器中其他相关能量沉积的影响。了解这些效应将进一步为 SNO+ 和其他中微子实验提供有关银河超新星发生时可能观察到的不同现象的范围的信息,并提高 SNEWS 为后续实时观测提供及时、可靠、相关信息的能力,以及与电磁和引力“信使”的相关性。
项目成果
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