Search for An Annual Modulation in

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1 Search for An Annual Modulation in
Three Years of CoGeNT Dark Matter Detector Data 永田 夏海 2014年1月17日 E-ken Journal Club CoGeNT Collaboration [arXiv: ]

2 1. Introduction

3 Introduction 暗黒物質の存在証拠 銀河スケール 銀河団スケール 宇宙論的スケール Clowe et. al. (2006)
Begeman et. al. (1991) Clowe et. al. (2006) 宇宙論的スケール Planck (2013) Planck (2013)

4 Weakly Interacting Massive Particles
Introduction Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) 暗黒物質の有力な候補に Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) がある。 数十GeV 〜 数TeV程度の質量を持つ 通常の物質と，弱い相互作用と同程度の強さの相互作用を行う 観測されている暗黒物質の量がその残存量によって自然に説明 される [thermal relic scenario]. 標準模型を超える物理理論にしばしば現れる

5 Introduction 暗黒物質直接探索実験
WIMP暗黒物質と原子核との散乱を，散乱の際に原子核に受け 渡される反跳エネルギーを捉えることで検出する 検出精度の進歩はめざましく，将来実験も数多く計画

6 散乱のエネルギー・スケール v 〜 (2-3)00 km/s 散乱過程は非相対論的
暗黒物質の局所平均速度 (mean local velocity) v 〜 (2-3)00 km/s 散乱過程は非相対論的 散乱のエネルギー・スケール 暗黒物質質量 M 〜 100 GeV とすると， 暗黒物質直接検出実験では，数十keV程度の反跳エネルギーに 感度のある検出器を用意する必要がある。

7 DMは見つかっている！ V.S. DMはまだ見つかっていない。。。 最近の話題
DAMA/LIBRA, CoGeNT, CRESST, CDMS II (Si), … V.S. DMはまだ見つかっていない。。。 LUX, XENON 100, EDELWEISS, CDMS II (Ge), ZEPLIN-III, …

8 DMは見つかっていない (for WIMPs of mass 33 GeV) Large Underground Xenon (LUX) experiment [arXiv: ]

9 DMは見つかっている WIMPの風（v 〜 200 km/s） 暗黒物質の検出率が年次変化する。 8.9 σ
Annual modulation 銀河に張り付いているDMの中を太陽系は 動いている。 WIMPの風（v 〜 200 km/s） “風速”は，地球の公転を反映して変化する。 暗黒物質の検出率が年次変化する。 8.9 σ DAMA/LIBRA [arXiv: ]

10 現状 [arXiv: ] “軽い”（〜10 GeV）DMが見つかっているのかもしれない。

11 CoGeNT Coherent Germanium Neutrino Technology (CoGeNT)
軽いDM（10 GeV以下）に感度がある p-type point contact (PPC) germanium detectors イオン化のみ使用可能 Soudan Underground Laboratory (SUL)

12 エネルギー閾値 Ge Xe “軽い”（〜10 GeV）DMを見るには低いエネルギー閾値が必要。

13 Rise time vs energy deposition
表面層 検出器内 ゲルマニウム検出器内で起こった事象のみを取り入れる。 rise-timeの値が大きい事象を除外

14 2. Data Analysis

15 以前の結果 BGシミュレーション CoGeNT [arXiv: 1208.5737] 以前の結果から，低エネルギー領域に超過が見られることが
分かっているので，この領域に特化した解析を行う。 8 GeVのWIMP質量がベスト・フィット

16 Rise time distributions
13.6 %表面の寄与が混ざる。 バルク 表面 0.5 keVee … エネルギー閾値 2.0 keVee … 信号の超過が見えた領域の（近似的な）終点 さらに，この点を境に表面・バルク領域に分ける。

17 期待 年次変化の効果は，低エネルギーのバルク領域で のみ観測されるはず。 この場合のみ年次変化が観測されるはず。
もしもスペクトルの超過が軽いWIMP DMの信号なのだとしたら， 年次変化の効果は，低エネルギーのバルク領域で のみ観測されるはず。 keVee Bulk keVee Surface keVee Bulk keVee Surface この場合のみ年次変化が観測されるはず。

18 Counting rates 検出器や低音装置内の放射性物質の 崩壊が見えている。

19 Modulations 2.2 σ 崩壊するBG成分を取り除いた。 点線：周期をフリー・パラメーターと してフィットした結果
実線：周期を１年としてフィット した結果 cf. DAMA/LIBRE １番上のみ年次周期が優位に見れる。

20 3. Discussion ここからさらに大胆な議論が始まる。

21 8 GeV WIMP Maxwell分布ではないのではないか？？ 結果得られた振幅は，
もしもスペクトルの超過が8 GeV WIMP DMの信号なのだとしたら， 中心値にして35%程度がシグナルのはず。 残りはBG（例：γ-BGによるコンプトン散乱） この時，検出率の変位は62%という結果がでる。 これは，DMの速度分布に等方的なMaxwell分布を仮定した場合の 計算結果（9%）よりも6.8倍でかい。 Maxwell分布ではないのではないか？？

22 比較 振幅が予想より6.8倍大きいとすると，DAMAの結果とconsistent

23 4. Conclusions

24 Conclusions バルク/表面の信号を分離することで解析を改善 低エネルギー領域に年次変化を認めた（2.2σ）
位相はDAMA/LIBREやシミュレーションと無矛盾 振幅が予想より大きい Non-Maxwellian distributionを仮定するとこれまでの （DMを見つけている）実験結果が全て一致をみるか もしれない 実験からDMの局所速度分布を探れるかも Non-Maxwellian distribution ??

25 C-4 Experiment（CoGeNTのアップグレード） でテストできるだろう。
Conclusions バルク/表面の信号を分離することで解析を改善 低エネルギー領域に年次変化を認めた（2.2σ） 位相はDAMA/LIBREやシミュレーションと無矛盾 振幅が予想より大きい Non-Maxwellian distributionを仮定するとこれまでの （DMを見つけている）実験結果が全て一致をみるか もしれない 実験からDMの局所速度分布を探れるかも Non-Maxwellian distribution ?? C-4 Experiment（CoGeNTのアップグレード） でテストできるだろう。

26 Backup

27 Noise and trigger threshold
エネルギー 分解能 トリガー 閾値 火事 2013年4月23日まで1237日（うち1129日分のデータ）

28 以前の結果 2.8σだった。。 CoGeNT [arXiv: ]