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

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.