Conveners
02 - 暗物质直接/间接探测实验
- Ning Zhou (Shanghai Jiao Tong University)
02 - 暗物质直接/间接探测实验
- 菁 舒
02 - 暗物质直接/间接探测实验
- Xiaojun Bi
02 - 暗物质直接/间接探测实验
- Hao Ma (Tsinghua University)
- Fei Gao (Tsinghua University)
This presentation will explore the physics potential study of dark matter searches at the Circular Electron Positron Collider (CEPC)
and discuss the recent results in the search for dark photons in the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider(LHC).
The electron flux measured by the Alpha Magnetic Spectrometer exhibits complex energy dependence. In the entire energy range the electron and positron spectra have distinctly different magnitudes and energy dependences. At high energies, AMS data show that the electron spectrum can be best described by the sum of two power law components and a positron source term. This is the first indication...
AMS测量的正电子流强谱呈现复杂的随能量变化性质。在整个能量范围内，正电子流强谱可以很好地描述为由宇宙线碰撞产生的幂律谱和在高能区占主导的额外源成分之和，额外源成分存在有限的截止能量，其具有约5σ的显著度。宇宙线正电子实验数据表明，在高能区域正电子主要来源于暗物质湮灭或新的天体物理源。
Sub-MeV暗物质粒子被诸多理论模型选为暗物质的候选者，但受限于暗物质粒子的速度与暗物质直接探测实验的探测阈值，其在实验中难以被观测到。与暗物质粒子在直接探测实验中产生能量沉积信号的过程类似，高能的宇宙线粒子也会与暗物质粒子产生碰撞，进而暗物质粒子获得更高的能量，能够在实验中产生可被观测到的信号。此前，我们利用暗物质粒子与核子的散射机制，通过PandaX-II实验数据搜寻宇宙线加速暗物质。在此次研究中，我们利用暗物质粒子与电子的散射，并恰当的考虑相对论效应，通过PandaX-4T实验数据寻找宇宙线电子加速暗物质，实验结果没有发现暗物质信号，但将可观测的暗物质质量降低至了10 eV。
CDEX合作组利用高纯锗探测器开展了对暗物质-电子相互作用的直接探测。利用结合了半解析和DFT方法的新型暗物质-电子相互作用计算技术，CDEX实验首先对标准暗物质晕模型下暗物质-电子相互作用进行了分析。在此基础上，CDEX合作组提出了速度成分分析方法，实现了对具有任意速度分布的加速暗物质与电子相互作用的快速分析。将速度成分分析方法应用在太阳加速暗物质模型上，CDEX合作组取得了领先的分析结果。
近年来LHAASO宇宙线实验取得了若干重要的研究成果，其中在新物理探索方面也取得了部分较重要的成果。报告中我将介绍在LHAASO上所开展的新物理研究，包括探测暗晕中超重暗物质的衰变信号、矮星系暗物质的湮灭信号、利用伽玛暴进行轴子信号寻找、以及利用超高能伽马事例和伽玛暴数据开展的洛伦兹对称性破坏的寻找。最后，我还将简单介绍最新天文观测发现的几个奇异星系的特征和对于暗物质属性的限制。
DAMPE是一颗空间宇宙线探测器，于2015年12月成功发射，并在轨运行多年，已经取得多项科学成果。DAMPE主要的科学目标有暗物质间接探测、宇宙线物理和高能伽马射线天文学。本报告重点介绍DAMPE的探测器研制，合作组组成和在轨运行情况。并介绍DAMPE已取得的科学成果，以及数据的物理解读。
Exotic dark matters may exist which are either muon-philic or slowed down due to some mechanism. We propose here a set of new methods to directly detect these dark matter through its scattering with abundant atmospheric muons or accelerator beams. Firstly, we plan to use the free cosmic-ray muons interacting with dark matter in a volume surrounded by tracking detectors, to trace possible...
暗物质的本质是物理学最重要的未解之谜之一。传统的暗物质直接探测方法受限于极低的相互作用截面,对GeV以下的轻暗物质探测不敏感。北京大学团队提出了创新性的PKMUON实验设想(arXiv:2402.13483; arXiv:2303.18117),旨在利用μ子散射技术探测轻暗物质粒子。最近北京大学团队基于阻性板气体室(RPC)构建了宇宙线缪子-暗物质散射探测装置，并开展了长期测量。本报告将详细介绍该装置的设计原理和关键技术,并总结当前实验的初步结果,与模拟预期进行对比,最后展望后续研究计划。
轴子和暗光子等超轻波动型暗物质是近年来暗物质研究的热点之一。作为新型玻色子，它们被预言可以传递宏观的自旋相关新相互作用。由于目前暗物质存在的线索只有引力相互作用，为了探测其物理本质，研究其与不同标准模型粒子的耦合变得尤其重要。通过探测新相互作用的方法，可以精确检验其与标准模型费米子的耦合系数，对若干参数可以得到比天文学方法还要强的限制。本报告将介绍报告人在自旋相关新相互作用方面的一些实验以及最近撰写的长篇综述的结果，并介绍最近在银河系轴子暗物质探测方面的部分结果。
The PandaX-4T experiment operates a dual-phase liquid xenon time projection chamber that is located in China Jinping Underground Laboratory. Searches for novel electronic recoil signals (NERS) in such type of detector due to solar axions, axion-like particles, dark photons, and neutrinos with an enhanced magnetic moment have attracted increasing attention as they could provide evidence for...
最近，高能物理的一个新方向是利用量子传感去探测超轻暗物质，其德布罗意波长在宏观尺度，体现为一个相干的经典波。我们可以利用微波谐振腔来捕捉其引起的微弱等效电流进行探测。超导谐振腔极高的品质因素1e10~11，将被利用来提升信号功率和暗物质的扫描效率。对于搜寻轴子暗物质，新的方案将通过调节能级劈裂的大小来扫描轴子暗物质质量，可以深入探索过去不能涉及的轴子的低质量区间。另一方面，将测量系统通过特定方式连接组成量子探测阵列，可以极大的提高5个数量级左右的暗物质搜寻效率。最后，我简单介绍一下如何用量子比特和超导谐振腔的耦合去搜寻超轻暗物质。
自2020年以来，本项目组正式启动。几年来，我们取得了一些进展。概括起来就是（a）已经掌握了单相液氦时间投影室的相关关键技术，（b）对于双相时间投影室的研究也有一些进展且在稳步前进中。本报告将介绍这些工作。
DarkSide run since mid-2015 a 50-kg-active-mass dual-phase argon Time Projection Chamber (TPC), filled with low radioactivity argon from an underground source and produced world-class results for both the low mass ($M_{WIMP}< 20 GeV/c^2$) and high mass ($M_{WIMP} > 100 GeV/c^2$) direct detection search for dark matter.The next stage of the DarkSide program will be new generation experiments...
AMS实验最新的宇宙线基本带电粒子（质子、电子、正电子和反质子）测量结果覆盖了1GV~2TV刚度区间，展现了宇宙线基本带电粒子的独特性质。在刚度绝对值约60到约500GV范围内，反质子流强和质子流强的随刚度变化几乎一样，这就显现了高能反质子相对于来自宇宙线碰撞的次级反质子的超出。更重要的是，从约60GV到约500GV，反质子流强和正电子流强显示了一致的随刚度变化行为。正电子-反质子流强比例不随能量变化，在百分之几的精度上是一个常数2。这个意料之外的观测结果暗示了宇宙线中正电子和反质子或许着共同的来源。
宇宙线反氘是暗物质湮灭的潜在信号之一，其特征是具有很低的天体物理学背景。阿尔法磁谱仪(AMS)是目前唯一运行在太空中的磁谱仪，能够精确分辨宇宙线中的正反粒子，我们将报告使用AMS进行宇宙线反氘测量的最新进展。
太阳反射与晕中的暗物质不同，太阳反射暗物质是极端各向异性的：它只来自于太阳的方向。对于以半导体或盐类单晶作为探测物质的暗物质实验，晶体本身的各向异性可以从来探测太阳反射暗物质的方向性。且太阳的方向每天都会周期性的变化，因此如果存在暗物质的话，其信号会有以天为单位的周期性调制。如果能够利用这种调制在暗物质实验进程中的积累进行数据分析的话，就可以提高对暗物质信号的灵敏度。
The sensitivity threshold for dark matter detection via nuclear recoil typically resides within a few keV, rendering the region below this threshold inaccessible to the detector. However, theoretical calculations suggest that recoiling nuclei possess a low probability of transferring energy to outer-shell electrons exceeding their recoil kinetic energy, termed the Migdal effect. The Migdal...
CDEX(China dark matter experiment)合作组利用点电极高纯锗探测器直接探测暗物质。本报告介绍了CDEX暗物质实验CDEX-1和CDEX-10实验现状以及物理结果；介绍正在进行的CDEX-50 即50kg的高纯锗暗物质实验的实验现状和规划，以及下一代锗直接探测暗物质实验的关键技术。
The non-discovery of the WIMP dark matter in direct detection experiments has motivated studies for other dark matter candidates. The CDEX experiments conducted searches for light dark matter candidates such as dark photon dark matter, axion-like dark matter, and fermionic dark matter via their adsorptions with nuclei and electron using point contact high purity germanium detectors in China...
WIMP是最热门的暗物质候选粒子之一，近年来国际上有多个大型深地探测实验致力于WIMP的直接探测，包括位于我国四川锦屏地下实验室的PandaX。PandaX-4T是基于吨量级的氙的两相型TPC探测器，其低阈值、低本底、大灵敏体积、高探测效率等特点，使之跻身于WIMP探测前列。本报告将介绍PandaX-4T实验对于WIMP暗物质的搜寻进展，主要讨论本底的分析和信号模型的构建。
The energy threshold of the traditional liquid xenon time projection chamber limits the sensitivity for detecting light dark matter, boron-8 neutrino, or other low-energy signals. The ionization signals have been proven to have good potential for expanding low-energy signal detection. However, the unexpected cathode and micro-discharging backgrounds are the key problems. In this talk, we will...
XENON实验位于意大利Gran Sasso国家实验室，采用双相液氙时间投影室来直接探测暗物质。由于氙具有较大的质量数，因此在研究暗物质与原子核的相干散射上具有一定的优势。本次报告将重点介绍XENON项目中利用核反冲信号通道的研究，包括在XENONnT的第一次科学运行中使用总曝光量为1.1吨*年的数据探测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的研究，以及利用XENON1T数据首次进行多重相互作用大质量粒子（MIMPs）信号的盲搜索结果。
The electronic recoil (ER) channel has gained more and more popularity in recent years due to its background suppression ability and rich physics. The XENONnT experiment, located at Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), is a dark matter direct detection experiment using a dual-phase time projection chamber with 8.5 tonnes of xenon. In its first science run (SR0), XENONnT achieved an...
