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Buscas por matéria escura e a composição dos raios cósmicos extremamente energéticos: testes de extensões do modelo padrão de física de partículas

Processo: 13/25433-7
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de março de 2014 - 29 de fevereiro de 2016
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física das Partículas Elementares e Campos
Pesquisador responsável:Edivaldo Moura Santos
Beneficiário:Edivaldo Moura Santos
Instituição-sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Assunto(s):Matéria escura  Neutrinos  Raios cósmicos  Física além do modelo padrão 

Resumo

Neste projeto nos propomos a contribuir na investigação de dois tópicos atuais: na busca pela matéria escura e na elucidação da composição dos raios cósmicos de altíssimas energias (UHECR). É importante salientar que estes tópicos se complementam e nosso objetivo comum, na investigação destas duas áreas, é que ambas auxiliam a testar extensões do modelo padrão (MP) de física de partículas. Em relação à matéria escura, propomos duas frentes de investigação: análise de suas propriedades intrínsecas e testes de extensões ao MP que apresentam candidatos à matéria escura. Uma vez compreendidos os aspectos fundamentais de tais propriedades e os modelos de extensão, temos como objetivos: 1) determinar os sinais experimentais decorrentes das propriedades analisadas ou característicos das partículas previstas pelos modelos analisados e 2) analisar dados experimentais em busca destes sinais ou, na ausência destes, determinar a sensibilidade experimental em relação aos sinais previstos. No caso de detecção indireta, os sinais são provenientes dos produtos da aniquilação ou do decaimento de matéria escura. Com isto, nossa área de investigação inclui neutrinos de altas energias, raios gamas e raios cósmicos. Este projeto dá continuidade à investigação realizada a alguns anos. Como exemplo de resultados já obtidos, excluímos a maior parte do espaço determinado pela seção de choque versus massa, para candidatos massivos e fortemente interagentes. Em relação à investigação dos UHECR, daremos continuidade à nossa investigação sobre a composição destes. Buscamos determinar métodos que discriminem chuveiros iniciados por fótons dos iniciados por prótons ou por núcleos. Apesar de que o grosso dos UHECR devem ser compostos por estes últimos, o limite para a fração de fótons, relativos aos chuveiros com energias acima de $5 \times 10^{19}$~GeV, ainda é de $30 \%$. A presença de fótons no espectro de UHECR pode elucidar várias facetas sobre os mecanismos de produção deste raios, bem como apontar para presença de eventos ainda não conhecidos, se estes existirem. Desta forma, nossa pesquisa pode contribuir na elucidação não apenas de aspectos novos de fenômenos astrofísicos já conhecidos, como também a presença de fenômenos previstos por modelos além do padrão. (AU)