Phenomenological and Computational Approaches for Model–Independent Interpretations of Dark Matter Direct Detection Experiments
암흑물질 직접 검출법 실험의 모델 독립적 해석에 대한 현상론적 계산적 접근
- 주제어 (키워드) Dark Matter , WIMP , Direct Detection , Astroparticle Physics , Phenomenology , Computational Physics , 암흑물질 , 윔프 , 직접 검출법 , 천체입자물리 , 현상론 , 컴퓨터 코드
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 Stefano Scopel
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000069866
- UCI I804:11029-000000069866
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Around 25% of the density of the Universe is believed to be composed of Dark Matter(DM). Among various candidates, Weakly Interacting Massive Particle(WIMP) appear as the most popular DM candidates. A world wide effort, so far without success, has been going on for a long time to detect WIMPs, especially through Direct Detection(DD) experiments using different nuclear targets. In order to interpret the results of DD searches many different ingredient are needed, including the nature of the WIMP–nucleus interaction, the WIMP velocity distribution in the Galactic halo, as well as the nuclear form factors for the targets and an accurate modeling of the detector response (including the efficiency, the energy resolution and the light or charge yield). In order to take into account all those features in the interpretation of the growing amount of available experimental data I contributed to the introduction of WimPyDD, a Python public code that allows to handle a large amount of calculations in a straightforward and flexible way. WimPyDD is based on the non–relativistic effective theory of DM–nucleon interactions, handles WIMPs of arbitrary spin, allows to easily modify the WIMP velocity distribution or the nuclear form factors, and an easy implementation of the experimental set-up. There is no ultimate WIMP DM scenario, therefore we need to expand our sight by, for instance, considering generalized and non–standard DM–nucleus interactions, or by using innovative approaches to combine experiments using different targets. I discuss some of such phenomenological approaches with the goal to develop techniques to analyze the experimental data of DD experiments in a model–independent way.
more초록 (요약문)
우주 밀도의 약 25%는 암흑물질로 이루어져있다고 여겨진다. 많은 후보들 중에 ’약하게 상호작용하는 무거운 입자’라는 뜻의 윔프는 가장 유망한 후보이다. 그러나 윔프는 여전히 관측된 바 없기 때문에 전세계적으로 이를 위한 노력이 계속되고 있으 며, 특히 서로 다른 상황과 조건 하에 여러 직접 검출법 실험들이 진행되고 있다. 이 방대한 양의 실험 데이터를 해석하기 위해서는 각 실험들의 특징을 잘 파악해야하기 때문에, 컴퓨터 코드를 개발하고 학계에 공유하는 것은 큰 도움이 될것이다. 따라서 우리 그룹에서 독자적으로 개발한 파이썬 코드인 WimPyDD를 이 학위 논문에서 소개한다. 비상대론적 유효 이론에 기반하여 각 실험들의 반응 함수를 계산하면, 암흑물질과 핵자들 간의 이론적 반응비나 산란 단면적의 상한을 알 수 있다. 아직 암흑물질의 성질을 설명하는 궁극적인 시나리오는 없기 때문에, 암흑물질과 쿼크 및 글루온의 반응을 상정하거나 임의의 윔프 스핀을 고려하거나 각기 다른 타겟을 사용하는 여러 실험을 이론적인 설득력 있게 통합하는 등 다방면에서 접근해보려고 한다. 이 학위 논문에서는 이러한 현상론적인 접근법을 통해 암흑물질을 찾기 위한 직접 검출법 실험을 분석하고자 한다.
more