Procura da matéria escura: WIMPs e fótons escuros

• Processo: 17/02952-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2017
• Data de Término da vigência: 29 de fevereiro de 2020
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Nuclear
• Pesquisador responsável: Nelson Carlin Filho
• Beneficiário: Nelson Carlin Filho
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Hyun Su Lee ; Reina Maruyama ; Yeongduk Kim
• Assunto(s): Física além do modelo padrão Matéria escura Detecção de matéria escura Grande Colisor de Hádrons
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Detecção Direta | matéria escura | matéria escura

Resumo

As observações que estabeleceram a existência da matéria escura basearam-se em interações gravitacionais. Este aspecto não é suficiente para que se determine sua natureza, sendo, portanto, importante considerar a possibilidade de outros tipos de interação além da gravitacional. Nesse contexto, as interações fracas são em geral as mais consideradas. As atividades experimentais de busca pela matéria escura estão divididas em três frentes que constituem metodologias de investigação complementares: métodos de detecção direta e indireta e produção em colliders, como o LHC. Sendo assim, neste projeto pretende-se realizar pesquisa experimental relacionada à detecção direta da matéria escura, em particular WIMPs, por meio do experimento COSINE-100 (106 kg de cristais de NaI(Tl)) instalado em laboratório subterrâneo na Coréia do Sul. A ênfase inicial reside na observação da modulação anual na taxa de eventos relacionada ao movimento do sistema solar com respeito ao halo da galáxia, que conteria a matéria escura. Adicionalmente, pretende-se também em médio prazo investigar aspectos relacionados à física além do modelo padrão, em particular a existência de fótons escuros que atuariam como mediadores das interações com o modelo padrão. Paralelamente, já foram iniciadas discussões a respeito de futura atualização do experimento para a versão COSINE-200 (200 kg de cristais de NaI(Tl). (AU)

Publicações científicas

(16)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

KO, Y. J.; ADHIKARI, G.; ADHIKARI, P.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; et al. Comparison between DAMA/LIBRA and COSINE-100 in the light of quenching factors. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, n. 11, NOV 2019. (17/02952-0)

ADHIKARI, G.; ADHIKARI, P.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; HAHN, I. S.; JEON, E. J.; et al. Search for a Dark Matter-Induced Annual Modulation Signal in NaI(Tl) with the COSINE-100 Experiment. Physical Review Letters, v. 123, n. 3, JUL 16 2019. (17/02952-0)

PRIHTIADI, H.; ADHIKARI, G.; ADHIKARI, P.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, S.; CHOI, W. Q.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; et al. Muon detector for the COSINE-100 experiment. Journal of Instrumentation, v. 13, FEB 2018. (17/02952-0)

ADHIKARI, G.; ADHIKARI, P.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, S.; CHOI, W. Q.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; HAHN, I. S.; et al. Initial performance of the COSINE-100 experiment. EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, v. 78, n. 2, FEB 6 2018. (17/02952-0)

ADHIKAR, G.; ADHIKARI, P.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, S.; CHOI, W.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; HAHN, I. S.; et al. The COSINE-100 data acquisition system. Journal of Instrumentation, v. 13, SEP 2018. (17/02952-0)

KIM, K. W.; ADHIKARI, G.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; FRANCA, L. E.; HA, C.; et al. Identification of new isomers in Ac-228: impact on dark matter searches. EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, v. 81, n. 8, AUG 2021. (17/02952-0)

ADHIKARI, P.; ADHIKARI, G.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, S.; CHOI, W. Q.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; HAHN, I. S.; et al. Background model for the NaI(Tl) crystals in COSINE-100. EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, v. 78, n. 6, JUN 12 2018. (17/02952-0)

ADHIKARI, G.; SOUZA, E. BARBOSA DE; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; FRANCA, L. E.; HA, C.; HAHN, I. S.; et al. The COSINE-100 liquid scintillator veto system. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SP, v. 1006, AUG 1 2021. (17/02952-0)

PRIHTIADI, H.; ADHIKARI, G.; BARBOSA DE SOUZA, E.; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; FRANCA, L. E.; HA, C.; et al. Measurement of the cosmic muon annual and diurnal flux variation with the COSINE-100 detector. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, n. 2, FEB 2021. (17/02952-0)

DE SOUZA, E. BARBOSA; PARK, B. J.; ADHIKARI, G.; ADHIKARI, P.; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; et al. Study of cosmogenic radionuclides in the COSINE-100 NaI(Tl) detectors. Astroparticle Physics, v. 115, FEB 2020. (17/02952-0)

ADHIKARI, G.; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; EZERIBE, A. C.; FRANCA, L. E.; HA, C.; HAHN, I. S.; HOLLICK, S. J.; JEON, E. J.; et al. Searching for low-mass dark matter via the Migdal effect in COSINE-100. PHYSICAL REVIEW D, v. 105, n. 4, p. 10-pg., 2022-02-22. (17/02952-0)

ADHIKARI, G.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; EZERIBE, A. C.; FRANCA, L. E.; HA, C.; HAHN, I. S.; HOLLICK, S. J.; et al. Three-year annual modulation search with COSINE-100. PHYSICAL REVIEW D, v. 106, n. 5, p. 11-pg., 2022-09-14. (17/02952-0)

KO, Y. J.; ADHIKARI, G.; ADHIKARI, P.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; HA, C.; et al. Comparison between DAMA/LIBRA and COSINE-100 in the light of quenching factors. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, v. N/A, n. 11, p. 15-pg., 2019-11-01. (17/02952-0)

ADHIKARI, GOVINDA; ADHIKARI, PUSHPARAJ; DE SOUZA, ESTELLA BARBOSA; CARLIN, NELSON; CHOI, SEONHO; DJAMAL, MITRA; EZERIBE, ANTHONY C.; HA, CHANG HYON; HAHN, INSIK; HUBBARD, ANTONIA J. F.; et al. An experiment to search for dark-matter interactions using sodium iodide detectors. Nature, v. 564, n. 7734, p. 83+, DEC 6 2018. (17/02952-0)

ADHIKARI, GOVINDA; DE SOUZA, ESTELLA B.; CARLIN, NELSON; CHOI, JAE JIN; CHOI, SEONHO; DJAMAL, MITRA; EZERIBE, ANTHONY C.; FRANCA, LUIS E.; HA, CHANG HYON; HAHN, IN SIK; et al. Strong constraints from COSINE-100 on the DAMA dark matter results using the same sodium iodide target. SCIENCE ADVANCES, v. 7, n. 46, NOV 2021. (17/02952-0)

ADHIKARI, G.; DE SOUZA, E. BARBOSA; CARLIN, N.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; DJAMAL, M.; EZERIBE, A. C.; FRANCA, L. E.; HA, C.; HAHN, I. S.; et al. Lowering the energy threshold in COSINE-100 dark matter searches. Astroparticle Physics, v. 130, JUL 2021. (17/02952-0)