低阈值实验中利用计时信息进行暗物质信号发现与模型选择的前景
高能物理 - 唯象学
2022-02-23 v1 宇宙学与河外天体物理
摘要
近年来，许多低阈值暗物质（DM）直接探测实验报道了在低能区观测到无法解释的事件超出。作为其中的典型，CRESST 实验在约 200 eV 以下能量探测到未知事件——这一结果妨碍了探测器在搜寻 GeV 尺度 DM 时的性能。在这项工作中，我们检验了核反冲计时信息对低阈值实验中 DM 信号发现与模型选择潜力的影响，该实验受限于存在类似于这批低能事件的未知本底。在 CRESST 合作组探索的不同靶材料中，我们在此聚焦于 Al2O3，因为蓝宝石探测器已被证明可达到低至 19.7 eV 的能量阈值 [1]。我们检验了低阈值实验在给定本底之上发现信号的能力，或依据 p 值拒绝自旋无关（SI）相互作用而支持磁偶极（MD）耦合的能力。我们进行 p 值计算：1）考虑计时信息；以及 2）假设后者不可用。通过比较两种方法，我们发现，在我们的假设下，计时信息对 DM 信号发现的潜力影响甚微，却为所考虑两种模型之间的选择提供了更显著的结果。对于此处探索的模型参数，我们发现当实验曝光量为 460 g x year 时，拒绝 SI 相互作用而支持 MD 耦合的 p 值约为 0.11，若计时信息可用则更小（约 0.06）。关于计时信息作用的结论在曝光量高达 1 kg x year 时定性不变。同时，我们的结果表明，以 90% C.L. 拒绝 SI 相互作用而支持 MD 耦合在 CRESST 实验的升级版 [2] 可及范围之内。
引用
@article{arxiv.2110.15826,
title = {Prospects for Dark Matter signal discovery and model selection via timing information in a low-threshold experiment},
author = {Riccardo Catena and Vanessa Zema},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.15826},
year = {2022}
}