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高能物理 - 实验

arXiv:2210.04920 (hep-ex)
[提交于 2022年10月10日 ]

标题: 银河系中心暗物质的定向中微子搜索在大型地下液氩时间投影室中

标题: Directional Neutrino Searches for Galactic Center Dark Matter at Large Underground LArTPCs

Authors:Matthew R. Buckley, Andrew Mastbaum, Gopolang Mohlabeng
摘要: 我们研究了大型地下液氩时间投影室(LArTPC)中微子探测器对银河系中心暗物质湮灭成中微子的敏感性。 这种探测器可能具备解析中微子散射事件中电子方向的能力,从而推断出单个中微子事件的源方向。 我们考虑了这种方向信息对预期实验灵敏度的改进。 即使没有方向信息,我们也发现类似DUNE的LArTPC探测器能够对高于30 MeV的暗物质质量的暗物质湮灭成中微子设置限制,这些限制与当前实验的范围相当或更优。 虽然目前展示的低能电子角度分辨率不足以显著提高灵敏度,但这些技术可以通过算法改进以及新型三维电荷成像方法提供的额外空间信息受益。 我们考虑了这种对电子方向性分辨率的提升的影响,并发现当可以将电子散射事件与带电流中微子相互作用区分开时,利用方向信息可以在太阳中微子背景占主导的暗物质质量范围内($\lesssim 15$MeV)显著改善暗物质湮灭的限制,并且将与使用$40$kton$\times$年曝光量的现有限制相竞争。
摘要: We investigate the sensitivity of a large, underground LArTPC-based neutrino detector to dark matter in the Galactic Center annihilating into neutrinos. Such a detector could have the ability to resolve the direction of the electron in a neutrino scattering event, and thus to infer information about the source direction for individual neutrino events. We consider the improvements on the expected experimental sensitivity that this directional information would provide. Even without directional information, we find a DUNE-like LArTPC detector is capable of setting limits on dark matter annihilation to neutrinos for dark matter masses above 30 MeV that are competitive with or exceed current experimental reach. While currently-demonstrated angular resolution for low-energy electrons is insufficient to allow any significant increase in sensitivity, these techniques could benefit from improvements to algorithms and the additional spatial information provided by novel 3D charge imaging approaches. We consider the impact of such enhancements to the resolution for electron directionality, and find that where electron-scattering events can be distinguished from charged-current neutrino interactions, limits on dark matter annihilation in the mass range where solar neutrino backgrounds dominate ($\lesssim 15$ MeV) can be significantly improved using directional information, and would be competitive with existing limits using $40$ kton$\times$year of exposure.
评论: 15页,10图
主题: 高能物理 - 实验 (hep-ex) ; 高能物理 - 现象学 (hep-ph)
引用方式: arXiv:2210.04920 [hep-ex]
  (或者 arXiv:2210.04920v1 [hep-ex] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.04920
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.107.092006
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来自: Matthew Buckley [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2022 年 10 月 10 日 18:00:05 UTC (5,449 KB)
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