Fótons Escuros, Áxions e Interação de WIMPs com Elétrons nos Experimentos COSINE-100 e COSINE-200

• Processo: 22/13293-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Nuclear
• Pesquisador responsável: Nelson Carlin Filho
• Beneficiário: Luis Eduardo Funo de Moura França
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/01639-2 - Desenvolvimento de análise de dados e técnicas experimentais no experimento COSINE-100U, BE.EP.DR
• Assunto(s): Áxion Matéria escura
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Axion | Cosine-100 | Cosine-200 | fóton escuro | matéria escura | Wimp | Matéria Escura

Resumo

Observações astrofísicas e cosmológicas evidenciam a existência da matéria escura no universo. Apesar de sua interação gravitacional ser a única conhecida, diferentes teorias preveem outras formas de conexão com o modelo padrão. Os principais candidatos são os WIMPs, os quais são procurados por diversos experimentos ao redor do mundo já há vários anos. Nenhum experimento até o momento obteve resultados positivos para a detecção da matéria escura, com exceção do DAMA/LIBRA, cujos dados mostram uma modulação anual na taxa de eventos medida, embora outros experimentos entrem em contradição com seus resultados. O experimento COSINE-100 foi criado com o intuito de confirmar ou refutar os resultados do DAMA/LIBRA, e os dados tomados por cerca de 3 anos não indicam a detecção dos WIMPs. Os resultados negativos da maior parte dos experimentos incentivam a busca por outros candidatos à matéria escura, ou ainda por outros tipos de interação dos WIMPs com o modelo padrão além dos comumente considerados. Alguns dos candidatos alternativos mais considerados são os fótons escuros e áxions, bósons que, dependendo de sua massa, poderiam ser gerados no interior do Sol. Também, a interação de WIMPs com elétrons é bastante estudada, apesar de nenhum experimento que utiliza detectores de NaI(Tl) ter realizado a procura por esta interação até o momento. Assim, a procura pelos modelos da matéria escura bosônica solar, bem como pela interação de WIMPs com elétrons através de um mediador vetorial é cada vez mais considerada em trabalhos recentes. Nesse contexto, a procura por eventos relacionados aos fótons escuros e áxions solares, e de WIMPs interagindo com elétrons nos cristais de NaI(Tl) do experimento COSINE-100 e do futuro COSINE-200 é o objetivo deste projeto de doutorado.

Publicações científicas

(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)

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. Search for solar bosonic dark matter annual modulation with COSINE-100. PHYSICAL REVIEW D, v. 107, n. 12, p. 14-pg., 2023-06-26. (22/13293-5, 21/06743-1, 22/12002-7)

ADHIKARI, G.; CARLIN, N.; CHO, J. Y.; CHOI, J. J.; CHOI, S.; EZERIBE, A. C.; FRANCA, L. E.; HA, C.; HAHN, I. S.; HOLLICK, S. J.; et al. Search for inelastic WIMP-iodine scattering with COSINE-100. PHYSICAL REVIEW D, v. 108, n. 9, p. 8-pg., 2023-11-16. (21/06743-1, 22/13293-5, 22/12002-7)

SEO, J.; CARLIN, N.; CAVALCANTE, D. F. F. S.; CHUNGA, J. S.; FRANCA, L. E.; HA, C.; KIM, J.; KIM, J. Y.; KIMKU, H.; KOH, B. C.; et al. Real-time portable muography with Hankuk Atmospheric-muon Wide Landscaping: HAWL. Radiation Physics and Chemistry, v. 225, p. 7-pg., 2024-08-20. (21/06743-1, 22/13293-5, 22/12002-7)