[论文解读] US Cosmic Visions: New Ideas in Dark Matter 2017: Community Report

M. Battaglieri, Belloni, Alberto+249 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2017

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 176

一句话总结

1 sentence

ABSTRACT

This white paper summarizes the workshop "U.S. Cosmic Visions: New Ideas in Dark Matter" held at University of Maryland on March 23-25, 2017.

研究动机与目标

• - 促成一个多方面的小型实验计划，以探索超越WIMP的暗物质候选者。
• - 强调两个广泛框架——隐藏域暗物质和超轻暗物质——作为新实验的主要目标。
• - 确定以有限经费可行的高价值参数空间和实验方法。
• - 促进理论与多样化实验技术在直接探测、加速器和天体物理探测之间的协同。

提出的方法

• - 调查并整理来自美国和国际社会的广泛小型暗物质提案与结果。
• - 按质量范围、相互作用类型和实验技术对方法进行分类，以瞄准参数空间的互补区域。
• - 提出低阈值探测、轴子搜索、定点靶实验以及超轻场基探测方法的程序性论据。
• - 勾勒小型实验的设施、预计灵敏度及短至中期时间表。
• - 讨论理论指引与异常（μon g-2、Be-8 等）以促使有针对性的实验。

实验结果

研究问题

• RQ1 - 有哪些最具动机的超越WIMP的暗物质候选者可以通过小型实验进行探测？
• RQ2 - 如何通过一组低成本实验共同覆盖隐藏领域和超轻暗物质参数空间的关键区域？
• RQ3 - 哪些实验技术与设施能够在数年内探测到亚GeV至超轻暗物质？
• RQ4 - 理论、核物理/原子物理/凝聚态物理的洞见如何加强直接探测、加速器和天体物理探测中的暗物质探测？
• RQ5 - 直接探测、基于加速器的搜寻以及相干场方法之间有哪些互补性能最大化发现潜力？

主要发现

• - 低阈值直接探测和低质量探测器可以以克级目标探测隐藏领域的冻结产生和超轻暗物质。
• - 需要一整套多样化技术以覆盖完整的量子色动力学（QCD）轴子质量范围以及不同隐藏领域介质的质量。
• - 定点靶实验和加速器实验在有限经费和时间表内为亚GeV暗物质及相关作用力提供稳健探测。
• - 现有异常（如 Be-8、μon g-2）和 LIGO 观测促使进行针对新玻色子和暗物质自相互作用的定向小型实验。
• - 理论进展对于利用宇宙学数据并引导新型实验与核物理、原子物理和凝聚态物理之间的联系至关重要。