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天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学

arXiv:1604.03858 (astro-ph)
[提交于 2016年4月13日 ]

标题: 暗物质天体物理不确定性与中微子极限

标题: Dark matter astrophysical uncertainties and the neutrino floor

Authors:Ciaran A. J. O'Hare
摘要: 通过直接探测寻找弱相互作用大质量粒子(WIMPs)面临由于中微子-核相干散射引起的背景干扰。对于给定的WIMP质量,中微子成为主要背景的截面取决于来自太阳、超新星或大气宇宙射线碰撞的每个中微子源通量的不确定性。然而,关于预测的WIMP信号的天体物理成分也存在相当大的不确定性。相对于银河系暗物质晕的太阳速度、本地WIMP密度以及本地WIMP速度分布的形状等不确定性都会影响直接探测实验中的预期事件率,因此会改变中微子为主要背景的WIMP参数空间区域。在本工作中,我们将WIMP+中微子分析扩展以考虑WIMP信号的天体物理依赖性的不确定性。我们展示了不确定性对投影发现极限的影响,特别强调当太阳中微子背景最为重要时的低WIMP质量(小于10 GeV)。我们发现,考虑到天体物理不确定性会改变中微子下限随WIMP质量变化的形状,但也会使其出现在截面高达一个数量级更大的区域,非常接近现有的实验限制——表明中微子背景将比以前认为的更早成为问题。我们还探讨了中微子如何妨碍WIMP参数的估计,以及天体物理不确定性如何影响利用各自的时间依赖性来区分WIMPs和中微子。
摘要: The search for weakly interacting massive particles (WIMPs) by direct detection faces an encroaching background due to coherent neutrino-nucleus scattering. For a given WIMP mass the cross section at which neutrinos constitute a dominant background is dependent on the uncertainty on the flux of each neutrino source from either the Sun, supernovae or atmospheric cosmic ray collisions. However there are also considerable uncertainties with regard to the astrophysical ingredients to the predicted WIMP signal. Uncertainties in the velocity of the Sun with respect to the Milky Way dark matter halo, the local density of WIMPs, and the shape of the local WIMP speed distribution all have an effect on the expected event rate in direct detection experiments and hence will change the region of the WIMP parameter space for which neutrinos are a significant background. In this work we extend the WIMP+neutrino analysis to account for the uncertainty in the astrophysics dependence of the WIMP signal. We show the effect of uncertainties on projected discovery limits with an emphasis on low WIMP masses (less than 10 GeV) when Solar neutrino backgrounds are most important. We find that accounting for astrophysical uncertainties changes the shape of the neutrino floor as a function of WIMP mass but also causes it to appear at cross sections up to an order of magnitude larger, extremely close to existing experimental limits - indicating that neutrino backgrounds will become an issue sooner than previously thought. We also explore how neutrinos hinder the estimation of WIMP parameters and how astrophysical uncertainties impact the discrimination of WIMPs and neutrinos with the use of their respective time dependencies.
评论: 20页,16幅图,已提交至PRD
主题: 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO) ; 高能物理 - 现象学 (hep-ph)
引用方式: arXiv:1604.03858 [astro-ph.CO]
  (或者 arXiv:1604.03858v1 [astro-ph.CO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1604.03858
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. D 94, 063527 (2016)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.94.063527
链接到相关资源的 DOI

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来自: Ciaran O'Hare [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2016 年 4 月 13 日 16:26:26 UTC (1,630 KB)
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