Résumé - Monophotons provenant de la Matière Noire de Portail Scalaire aux Expériences de Neutrinos

Monophotons provenant de la Matière Noire de Portail Scalaire aux Expériences de Neutrinos

2025-07-10 17:17:32

{"Bhaskar Dutta","Debopam Goswami","Aparajitha Karthikeyan"}

{hep-ph}

Cette étude de recherche examine les signatures monophotoniques issues des interactions de matière noire médiées par un scalaire virtuel et un photon du Modèle standard. Le processus χ + N → χ + N + γ offre une opportunité unique d'explorer des scénarios de matière noire par portail scalaire en raison des distributions distinctes en énergie, en angle et en temps des photons résultants. L'étude analyse divers modèles avec des couplages différents au médiateur scalaire, en se concentrant sur le couplage scalaire photon comme canal de détection commun. Les auteurs considèrent la production de matière noire au point cible et à l'absorbeur des installations de neutrinos comme BNB, NuMI et LBNF, et investiguent les sensibilités des détecteurs en cours et futurs, y compris SBND, ICARUS-NuMI et DUNE ND. Les résultats montrent que les expériences considérées, en particulier DUNE ND, peuvent poser des contraintes significativement améliorées sur l'espace de paramètres viable dans divers scénarios. Le document commence par une introduction à la matière noire et à la recherche de sa nature corpusculaire, soulignant les défis et le besoin de candidats alternatifs, tels que la DM sous-GeV. Il présente ensuite l'approche de la théorie des champs efficace utilisée pour étudier la phénoménologie de la matière noire fermionique avec un médiateur scalaire, se concentrant sur des scénarios minimaux et classifiant l'étude en deux catégories : celles avec des couplages Yukawa nuls et celles avec un couplage d'un fermion du Modèle standard. Le document discute des mécanismes de production du médiateur scalaire, en considérant divers couplages avec le secteur du Modèle standard, tels que les photons, les neutrinos, les leptons chargés et les quarks. Il enquête également sur la détection de la matière noire via le médiateur scalaire, se concentrant sur le processus de scattering 2 → 3 χ + N → χ + N + γ, qui conduit à un signal monophoton à haute énergie. Les auteurs analysent les détails expérimentaux et le flux de particules du Modèle standard pertinent pour divers scénarios scalaires, en considérant des détecteurs comme CCM200, SBND, ICARUS-NuMI et DUNE ND. Ils caractérisent systématiquement les différences dans le spectre d'énergie des particules de DM, le nombre de particules de DM vs masse, le spectre temporel des événements induits par DM et les spectres d'énergie et d'angle du photon final à travers différentes expériences. Le document présente des graphiques de sensibilité, illustrant les régions de l'espace de paramètres que chaque expérience peut explorer. Il montre que DUNE ND offre la plus forte sensibilité en raison de son énergie de faisceau élevée et de sa position axiale, suivie de ICARUS-NuMI et ensuite de SBND. L'étude met en lumière le rôle de l'information temporelle et des spectres d'énergie et d'angle du photon final pour distinguer les signaux de DM des bruits du Modèle standard. Dans l'ensemble, le document présente une méthode novatrice pour chercher des scénarios de matière noire par portail scalaire et montre son potentiel pour explorer d'autres types de modèles de médiateurs légers ou améliorer les stratégies expérimentales pour isoler des signaux de nouvelle physique dans des environnements à fort bruit.