Ограничения на сечения упругого рассеяния WIMP на нуклоне в нейтрином эксперименте на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе О.В. Суворова *, - презентация

1 Ограничения на сечения упругого рассеяния WIMP на нуклоне в нейтрином эксперименте на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе О.В. Суворова *, М.М. Болиев **, С.В. Демидов*, С.П. Михеев * * * Институт ядерных исследований РАН ** Баксанская нейтринная обсерватория ИЯИ РАН Сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН ИТЭФ

2 О.В.Суворова ИЯИ РАН Скрытая масса-WIMP-SUSY- Гравитационный захват- - Взаимодействие- Накопление в центре Солнца- Аннигиляция- Нейтринный канал- Распространение… Анализ нейтринных событий в направлении на Солнце по данным Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа Э: т: МК 2

3 О.В.Суворова ИЯИ РАН p, He, … N N A (K e e Каналы прямых (prompt) нейтрино τ + τ - τ W H τ τ ll, bb, tt, cc, Z 0 Z 0, W W, ZH 0, Zh 0, H 0 A 0, h 0 A 0,W H l l i Bi=Bi= адронизация, фрагментация, распад Вероятность i-канала аннигиляции * В атмосфере Земли: ** Вне атмосферы Земли: Нейтрино от процессов p-A и - 3

4 О.В.Суврова ИЯИ РАН E 3 dF/dE E(GeV) Потоки нейтрино от p-A и ГэВ 2) нейтрино от фрагментации кварков m = 50 ГэВ 1 ТэВ 1) нейтрино от и WW распадов 100 ГэВ 1 ТэВ E / m Относительные единицы Атмосферные нейтриноНейтрино от аннигиляции WIIMPs В суперсимметрии стабильная частица – легчайшее нейтралино (15 ?) ГэВ/c 2 < m

5 Поток мюонов, индуцированных нейтрино от аннигиляции 50 ГэВ 2) нейтрино от фрагментации кварков m = 50 ГэВ 1 ТэВ 1) нейтрино от и WW распадов 100 ГэВ 1 ТэВ E / m Относительные единицы Инклюзивные спектры Частота аннигиляций Вероятность i-канала аннигиляции 5 О.В.Суворова ИЯИ РАН

6 Определение наблюдаемого потока мюонов Поток: Эфф. площадь: Вероятность: 6 О.В.Суворова ИЯИ РАН

7 Дек.1978 Oкт снизу лет ж.в. Дек.1978 Oкт снизу лет ж.в. детектирует нейтрино с декабря 1978 года Баксанский Подземный Сцинтилляционный Телескоп WIMP-анализ 1102 снизу лет ж.в. WIMP-анализ 1102 снизу лет ж.в. 7 О.В.Суворова ИЯИ РАН

8 Глубина: 850 hg/cm 2 17x17x11 m детекторов Баксанский Подземный Сцинтилляционный Телескоп N induced /N atm ~ · ВП Система регистрации Триггер > 10 МэВ в к-л плоскости Темп: 17 Гц Два триггера, темп: 0.02 Гц Угловое разрешение: 1.5º Временное разрешение: 5 ns 8 О.В.Суворова ИЯИ РАН

9 Баксанский Подземный Сцинтилляционный Телескоп 9 О.В.Суворова ИЯИ РАН

10 Б ПСТ: нейтринные события на небесной сфере 90 ° 90 ° 0° 360° 360° -90 ° экваториальные координаты (, ) На широте БПСТ видимая часть неба: -90< < 55° лет ж.в. 10 О.В.Суворова ИЯИ РАН

11 % c.l. Измеренный фон : усреднение по 5 ложным положениям Солнца Б ПСТ: корреляция направлений мюона с Солнцем Угол мюон-Солнце 11 О.В.Суворова ИЯИ РАН

12 Накопление WIMP в Солнце = 0.3 GeV/cm 3 C C = F(,m, -N,... ) 12 О.В.Суворова ИЯИ РАН

13 вероятность РЕГИСТРАЦИИ мюона от аннигиляции пары нейтралино в Солнце методом МК-моделирования отклика телескопа с реальным порогом вблизи 1 ГэВ. БПСТ: расчет ограничения на частоту аннигиляций χχ в Солнце О.В.Суворова ИЯИ РАН

14 Вероятность Масса нейтралино (ГэВ/c 2 ) БПСТ: Вероятность регистрации мюона от аннигиляции χχ в Солнце и 1/2 угол конус с 90% эффективностью регистрации МССМ parameters: P={ 0.01; 0.5; 0.99}; tanβ={2; 8; 32}; m A ={46.2; 121.4; 319.0; 837.7}; >0;

15 БПСТ: Ограничения на 90% д.у. на частоту аннигиляций χχ в Солнце NMSSM-(mSUGRA); - 3 WMAP NMSSM; - 3 WMAP за лет ж.в. наблюдения за лет ж.в. наблюдения О.В.Суворова ИЯИ РАН

16 A · A Upp.Lim. = Upp.Lim. (m ) F · F Upp.Lim. = Upp.Lim. (m ) Теоретический расчет, параметры модели (SUSY) и плюс зависимость от E th и нейтринных спектров Теоретический расчет, астрофизические и ядернофизические параметры Расчет ограничения на упругое рассеяние WIMP-нуклон в Солнце 16 О.В.Суворова ИЯИ РАН

17 Типы рассеяния WIMP-нуклон NMSSM: - 3 WMAP NMSSM-mSUGRA - 3 WMAP S.Demidov, O.S., О.В.Суворова ИЯИ РАН

18 Упругое рассеяние WIMP-нуклон и коэффициенты 18 О.В.Суворова ИЯИ РАН

19 БПСТ: Ограничения на 90% д.у. на спин- зависимое (SD) сечение взаимодействия нейтралино в Солнце О.В.Суворова ИЯИ РАН

20 БПСТ: Ограничения на 90% д.у. на спин- независимое (SI) сечение взаимодействия нейтралино в Солнце 20 О.В.Суворова ИЯИ РАН

21 Спин-зависимое cечение SD -p рассеяния в моделях NMSSM и ограничения на 90% д.у SK-2011, astro-ph/ О.В.Суворова ИЯИ РАН

22 Разрешенные области из прямых экспериментов CoGeNT, arXiv: v2 arXiv: v1 C.Gelmini, NeuTel О.В.Суворова ИЯИ РАН

23 Спин-независимое cечение SI -p рассеяния в моделях NMSSM и ограничения на 90% д.у О.В.Суворова ИЯИ РАН

24 Заключение В нейтринном эксперименте на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе в задаче поиска сигнала от аннигиляции частиц темного вещества в Солнце был получен результат, который соответствует одному из наиболее сильных ограничений на величину спин- зависимого сечения упругого рассеяния нейтралино - частиц темной материи- на протоне во всем допустимом диапазоне масс таких частиц на 90% доверительном уровне. Минимальное значение предельного сечения получено 3*10^-4 пикобарн для массы 200 ГэВ/c^2, что на три порядка лучше, чем в экспериментах прямого детектирования нейтралино, как видно из рисунка. 24 О.В.Суворова ИЯИ РАН

25 Спасибо за внимание 25 О.В.Суворова ИЯИ РАН

26 Outside slides О.В.Суворова ИЯИ РАН

27 27 Пример*: вероятности осцилляций нейтрино при прохождении ими вещества Солнца из центра Солнца к поверхности в зависимости от энергии Пример*: вероятность поглощения e с учетом осцилляций Регенерация нейтрино в распадах тау лептона * Е.Климай, С.Михеев Распространение DM нейтрино в Солнце: осцилляции и взаимодействия в среде О.В.Суворова ИЯИ РАН

28 28 Спектры осциллирующих нейтрино и антинейтрино от аннигиляции χχ в Солнце DarkSUSY О.В.Суворова ИЯИ РАН

29 Спин-зависимое cечение SD -p рассеяния в моделях NMSSM и ограничения на 90% д.у. MSSM SK-2009, preliminary AM-II: О.В.Суворова ИЯИ РАН