年际调制相位：决定 WIMP 质量的工具
天体物理学
2009-11-10 v2
摘要
弱相互作用巨型粒子 (WIMP) 暗物质候选者在直接探测实验中的计数率因地球围绕太阳运动而经历年际调制。在标准等温状 halo 模型中，高能回撤能量时的信号在 6 月 2 日附近达到峰值；然而，在低能回撤能量处，信号经历相位反转，于 12 月达到峰值。我们指出，这种相位反转可用于确定 WIMP 质量。如果在最低可达能量回撤能量区间内观察到常规相位（即 6 月 2 日达峰）的年际调制，即可立即对 WIMP 质量施加上限：[103, 48, 6, 97, 10, 52, 29, 29] GeV（分别对应 DAMA, CDMS-II, CRESST-II, EDELWEISS-II, GENIUS-TF, ZEPLIN-II, XENON, ZEPLIN-IV 检测器）。此外，若探测器具备足够的能量分辨率且回撤能量阈值足够低，可确定相位反转发生的交叉回撤能量，从而独立测量 WIMP 质量。我们研究了各种探测器的能力，发现 CRESST-II, ZEPLIN-II, 与 GENIUS-TF 在数年运行后应能观察到相位反转，从而在 WIMP 质量为 \mathcal{O}(100 GeV) 时可确定其质量。基于 Xenon 的探测器（XENON 与 ZEPLIN-IV）若回撤能量阈值为几 keV，1000 kg 探测器仅需 25 kg-yr 的暴露量，即可实现此目标。
引用
@article{arxiv.astro-ph/0307190,
title = {The Phase of the Annual Modulation as a Tool for Determining the WIMP Mass},
author = {Matthew J. Lewis and Katherine Freese},
journal= {arXiv preprint arXiv:astro-ph/0307190},
year = {2009}
}
备注
15 pages. Four Figures. Accepted for publication in Phys. Rev. D