Nuevas proyecciones para búsquedas de materia oscura con paleo-detectores
Autores: Baum, Sebastian; Edwards, ThomasD.P.; Freese, Katherine; Stengel, Patrick
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Nuevas proyecciones para búsquedas de materia oscura con paleo-detectores
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión del conocimiento
Palabras clave
Materia oscura
Paleo-detectores
Retrocesos nucleares
Tiempos de integración de Gyr
Umbrales de energía de retroceso en keV
Secciones de choque DM-nucleón
Licencia
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Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
Los paleo-detectores son una técnica experimental propuesta para buscar materia oscura (DM). En lugar del enfoque convencional de operar un detector en tiempo real a escala de toneladas para buscar recoils nucleares inducidos por DM, los paleo-detectores aprovechan pequeñas muestras de rocas que ocurren naturalmente en la Tierra y que han estado a gran profundidad (5 km), acumulando trazas de daño nuclear de núcleos en retroceso durante Gyr. Las modernas técnicas de microscopía prometen la capacidad de leer trazas de daño nuclear con resolución nanométrica en muestras macroscópicas. Gracias a sus tiempos de integración de Gyr, los paleo-detectores podrían constituir detectores de recoil nuclear con umbrales de energía de recoil de keV y exposiciones de 100 kilotoneladas-año. Esta combinación permitiría a los paleo-detectores sondear secciones de choque nucleón-DM órdenes de magnitud por debajo de los límites superiores existentes de experimentos de detección directa convencionales. En este artículo, utilizamos un modelado de fondo mejorado y una nueva técnica de análisis espectral para actualizar la previsión de sensibilidad para los paleo-detectores. Demostramos la robustez de la previsión de sensibilidad ante la (falta de) mediciones auxiliares de la edad de las muestras y los parámetros que controlan los fondos, el desajuste sistemático del perfil espectral de los fondos y la radiopureza de las muestras minerales. Específicamente, demostramos que incluso si la concentración de uranio en las muestras de paleo-detectores es (por peso), muchos órdenes de magnitud mayor de lo que esperamos en las muestras más radiopuras obtenidas de rocas ultrabásicas o depósitos de evaporitas marinas, los paleo-detectores aún podrían sondear secciones de choque nucleón-DM por debajo de los límites actuales. Para masas de DM de 10 GeV/c, la sensibilidad de los paleo-detectores podría alcanzar hasta el suelo convencional de neutrinos en un experimento de detección directa basado en Xe.
Descripción
Los paleo-detectores son una técnica experimental propuesta para buscar materia oscura (DM). En lugar del enfoque convencional de operar un detector en tiempo real a escala de toneladas para buscar recoils nucleares inducidos por DM, los paleo-detectores aprovechan pequeñas muestras de rocas que ocurren naturalmente en la Tierra y que han estado a gran profundidad (5 km), acumulando trazas de daño nuclear de núcleos en retroceso durante Gyr. Las modernas técnicas de microscopía prometen la capacidad de leer trazas de daño nuclear con resolución nanométrica en muestras macroscópicas. Gracias a sus tiempos de integración de Gyr, los paleo-detectores podrían constituir detectores de recoil nuclear con umbrales de energía de recoil de keV y exposiciones de 100 kilotoneladas-año. Esta combinación permitiría a los paleo-detectores sondear secciones de choque nucleón-DM órdenes de magnitud por debajo de los límites superiores existentes de experimentos de detección directa convencionales. En este artículo, utilizamos un modelado de fondo mejorado y una nueva técnica de análisis espectral para actualizar la previsión de sensibilidad para los paleo-detectores. Demostramos la robustez de la previsión de sensibilidad ante la (falta de) mediciones auxiliares de la edad de las muestras y los parámetros que controlan los fondos, el desajuste sistemático del perfil espectral de los fondos y la radiopureza de las muestras minerales. Específicamente, demostramos que incluso si la concentración de uranio en las muestras de paleo-detectores es (por peso), muchos órdenes de magnitud mayor de lo que esperamos en las muestras más radiopuras obtenidas de rocas ultrabásicas o depósitos de evaporitas marinas, los paleo-detectores aún podrían sondear secciones de choque nucleón-DM por debajo de los límites actuales. Para masas de DM de 10 GeV/c, la sensibilidad de los paleo-detectores podría alcanzar hasta el suelo convencional de neutrinos en un experimento de detección directa basado en Xe.