Модели холодной темной материи и эксперимент NEWSdm.

Авторы
Анохина А.М.(1,2), Видулин И.Д.(1,2), Гуляева В.В.(1), Урсов Э.Д.(1,2), Халиков Э.В.(2)
Организации
1. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет
2. Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
Сессия
Теория и моделирование физических процессов
Форма представления
Устный
Место работы научного руководителя
Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
Научный руководитель
Анохина Анна Михайловна
Текст тезисов
К настоящему времени имеются убедительные доказательства существования во Вселенной тёмной материи. Однако для её детектирования необходимо расширение чувствительности экспериментов за пределами нейтринного фона. Направленные эксперименты по поиску темной материи призваны выявить присутствие WIMPов (Weakly Interacting Massive Particles - слабовзаимодействующие массивные частицы) - кандидатов на роль частиц тёмной материи.
Эксперимент NEWSdm [1] (Nuclear Emulsions for WIMP Search - directional measurement: ядерные эмульсии для поиска WIMPов - направленные измерения) выгодно отличается от других высокой чувствительностью эмульсий и направленной схемой эксперимента. Предполагается, что WIMPы способны упруго взаимодействовать с ядрами водорода и группы CNO с образованием коротких треков ядер отдачи (H, C, N, O входят в состав ядерных эмульсий). С помощью микроскопа данные треки изучаются в виде проявленных кристаллов AgBr эмульсии.
Ожидается, что относительно Земли поток WIMPов направлен от созвездия Лебедь с Максвелловским распределением по скоростям (средняя скорость 220 км/с, ϭ=156 км/с) [2]. Планируется зафиксировать избыток событий от Лебедя, так как детектор в течение всего эксперимента будет одинаково ориентирован по отношению к данному направлению.
В настоящей работе проведено моделирование сигналов от упругого взаимодействия WIMPов и солнечных нейтрино с веществом эмульсии с учетом количественных оценок. Для WIMPов сечение взаимодействия получено с помощью программного комплекса MicrOMEGAs [3] для нескольких моделей – расширений Стандартной Модели (MSSM - Minimal Supersymmetric Model, NMSSM - Next to Minimal Supersymmetric Model, IDM - Inert Doublet Model) по различным сценариям. Получены оценки количества сигналов WIMPов и сечения взаимодействия при варьировании свободных параметров моделей в области значений, удовлетворяющих экспериментальной оценке космологической плотности темной материи. Для ядер азота учтён вклад в сечение взаимодействия от спин-зависимой компоненты. Суммарный сигнал ядер отдачи от WIMPов и солнечных нейтрино представлен в проекции Моллвейде. Данная работа позволит оценить, какие области масс WIMPов и свободных параметров моделей сможет покрыть NEWSdm по сравнению с другими экспериментами.

Литература

1. De Lellis G. Directional dark matter search with the NEWSdm experiment // EPJ Web Conf. / ed. De Vincenzi M., Capone A., Morselli A. 2019. V. 209. P. 1–5.
2. Alenazi M.S., Gondolo P. Directional recoil rates for WIMP direct detection // Phys. Rev. D. 2008. V. 77, № 4. P. 1–39.
3. Pukhov A., Belanger G., Boudjema F. micrOMEGAs : a code for the calculation of Dark Matter properties in generic models of particle interaction // arXiv:1402.0787 [hep-ph]. 2014.