DUNE 在质子束流倾倒模式下探测亚 GeV 暗物质的能力

DUNE 凭借其尖端技术旨在研究 neutrino 科学与质子衰变物理。该设施还可进一步用于开创性发现的探索，即物质起源、力之统一、暗物质探测等。本工作中，我们探索了 DUNE 在可行暗物质参数空间内捕获亚 GeV 暗物质的能力。亚 GeV 暗物质区间的情形需要一种轻 mediator 将隐 sector 与标准模型耦合。mediator 的选择将决定产生暗物质候选者的不同通道。此处考虑了三种通道：$\pi^{0}/\eta$ 衰变、质子轫致辐射与部分子层次产生模式，利用置于费米实验室的 120 GeV 质子束设施产生暗物质。为克服 neutrino 本底，我们采用束流倾倒模式以产生纯暗物质束。为探索 DUNE 上暗物质参数空间的新区域，研究了暗物质束与电子及核子的弹性散射。就 DUNE 捕获暗物质信号的潜力而言，本工作中 DUNE 的暗物质产额结果相较现有暗物质探测手段（即 BaBar、E137、LSND、MiniBooNE、T2K 等）显示出显著改进。