Directional neutrino searches for Galactic Center dark matter at large underground LArTPCs
Directional neutrino searches for Galactic Center dark matter at large underground LArTPCs
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在大型地下 LArTPC 中定向中微子搜索银河中心暗物质
DOI：
10.1103/physrevd.107.092006
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发表时间：
2023
影响因子：
5
通讯作者：
Mohlabeng, Gopolang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Buckley, Matthew R.;Mastbaum, Andrew;Mohlabeng, Gopolang
我们研究了基于大型地下液氩时间投影室（LArTPC）的中微子探测器对银河系中心暗物质湮灭成中微子的敏感性。这种探测器能够解析中微子散射事件中电子的方向，从而推断出有关单个中微子事件的源方向的信息。我们考虑了该方向信息将提供的预期实验灵敏度的改进。即使没有方向信息，我们发现类似 DUNE 的 LArTPC 探测器也能够对 30 MeV 以上的暗物质质量对中微子的暗物质湮灭设定限制，这与当前的实验范围相竞争或超过了。虽然目前证明的低能电子的角分辨率不足以显着提高灵敏度，但这些技术可以受益于算法的改进以及新颖的 3D 电荷成像方法提供的附加空间信息。我们考虑了这种增强对电子方向性分辨率的影响，并发现，在电子散射事件可以与带电中微子相互作用区分开来的情况下，在太阳中微子背景占主导地位的质量范围内对暗物质湮灭的限制可以使用方向信息得到显着改善，并且将与现有的曝光限制相竞争。
We investigate the sensitivity of a large underground Liquid Argon Time Projection Chamber (LArTPC)-based neutrino detector to dark matter in the Galactic Center annihilating into neutrinos. Such a detector could have the ability to resolve the direction of the electron in a neutrino scattering event and thus to infer information about the source direction for individual neutrino events. We consider the improvements on the expected experimental sensitivity that this directional information would provide. Even without directional information, we find a DUNE-like LArTPC detector is capable of setting limits on dark matter annihilation to neutrinos for dark matter masses above 30 MeV that are competitive with or exceed current experimental reach. While currently-demonstrated angular resolution for low-energy electrons is insufficient to allow any significant increase in sensitivity, these techniques could benefit from improvements to algorithms and the additional spatial information provided by novel 3D charge imaging approaches. We consider the impact of such enhancements to the resolution for electron directionality and find that, where electron-scattering events can be distinguished from charged-current neutrino interactions, limits on dark matter annihilation in the mass range where solar neutrino backgrounds dominate () can be significantly improved using directional information, and would be competitive with existing limits usingof exposure.
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--
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