Workshop on Inelastic Nuclear Scattering for Dark Matter Detection

After recent dark matter search experiments, boosted dark matter has been the focus of much attention.  Since the boosted dark matter has high momentum, it may not be treated by simple elastic scattering in direct detection experiments. In this workshop, in order to deepen our understanding of inelastic scattering in the detection of boosted dark matter, overviews of inelastic scattering between nuclei and various particles, including neutrinos and neutrons, will be given,  and the inelastic scattering of boosted dark matter will be discussed.

Boosted Dark Matter1st Day; 27th Jun. (Thu.)

9:30-10:00 (30 min.) NOMURA, Takaaki (Sichuan University) Chair/Shimomura

Models of boosted dark matter and indirect detection constraints

In this talk, we discuss models realizing boosted dark matter.

After reviewing some dark matter phenomenology I will show a specific multi-component dark matter models that induce boosted dark matter. 

Then I will also show constraints from indirect detection experiments discussing dark photon radiation from boosted dark matter.

10:10-10:40 (30 min.) PARK, Jong-Chul (Chungnam National University)

Boosted Dark Matter

First, I will provide a short summary of various dark matter boosting mechanisms and explain their direct searches with some issues in boosted dark matter (BDM) searches. Next, I will very briefly mention the motivation for the importance of cosmological side studies of BDM.

Coffee Break

11:10-11:40 (30 min.) NAGAO, Keiko (Okayama University of Science) Chair/Naka

Directional Direct Detection of Cosmic Ray Boosted DM

Dark matter with sub-GeV mass can be generally up-scattered by cosmic rays, reaching the Earth with high kinetic energy.  It will come from the direction of the Galactic center, where the dark matter density is high. In the talk, I will discuss verifying such a directional characteristic of events with directional detectors.

11:50-12:30 (40 min.) HIGASHINO, Satoshi (Kobe University)

CRDM search for NEWAGE

方向感度を持つ暗黒物質の直接探索実験であるNEWAGEは、ガス検出器を用いて3次元の原子核反跳飛跡を検出できることから、従来のWIMP探索のみならず、銀河中心から飛来するCRDMの探索にも適正がある。本講演ではNEWAGEにおけるCRDM探索の可能性に加え、本研究会のテーマである非弾性散乱事象についての議論を行う。

Lunch

14:00-14:30 (30 min.) YOSHIDA, Masashi  (ICRR) Chair/Higashino

Status and recent results of XENONnT

XENONnT実験は気液二相式TPCによる暗黒物質直接探索実験であり、同様の手法による実験と合わせて分野をリードしている。本講演ではXENONnTの検出原理を概説し、2021年に行われたXENONnTの最初の物理ランの結果と最近の状況について報告する。

14:40-15:40 (60 min.) HAGINO, Kouichi (Kyoto University) Chair/Uesaka

Overview of nuclear inelastic scattering

軽イオン反応を中心に広いエネルギー領域の核反応を概観する。ボルン近似や線形応答理論を用いた反応の記述法の議論も行う予定である。

Coffee Break

16:10-16:40 (30 min.) UESAKA, Yuichi (Dokkyo Medical University) Chair/R.Sato

Charged lepton flavor violation searches using μ^- -> e^-γ in muonic atoms

荷電レプトンにおけるレプトンフレーバーの破れは、素粒子標準模型を超える物理に強い制限を与えることが知られている。

その探索のひとつとして、ミューオン原子中のミューオンが電子に変換する「ミューオン電子転換」があり、次世代実験としては日本のJ-PARCで計画されているCOMET実験などがある。

本講演では、同じく原子軌道上のミューオンが電子と光子に崩壊するような稀過程に注目し、その過程を探索する利点や探索可能性について議論を行う。

16:50-17:20 (30 min.) SHIMOMURA, Takashi (Miyazaki University) Chair/Abe

Revisiting sterile neutrino dark matter in feeble gauged B−L model

B-L対称性を持つ模型はアノマリー相殺の条件から自然と右巻きニュートリノを含む。 この右巻きニュートリノの一つはfreeze-in機構を通して暗黒物質の候補になり得る。このトークでは これまで見落とされていた逆崩壊過程を考慮することで右巻きニュートリノ暗黒物質の再解析を行なった結果を話す。

2nd Day; 28th Jun. (Fri.) 

9:30-10:00 (30 min.) NAKA, Tatsuhiro (Toho University) Chair/Yoshida

Tracking Technologies for Super-high Resolution Nuclear Emulsion 

本研究会で議論されるさまざまな現象論的議論との連携を探るため、現在、方向感度を持つ暗黒物質探索実験を目指して進めているNEWSdm実験で使われている超高分解能原子核乾板 (Nano Imaging Tracker :NIT)の飛跡検出技術と将来展望について紹介する。

Coffee Break

10:30-11:30 (60 min.) MINATO, Futoshi (Kyushu University) Chair/Shimomura

Neutron- and Neutrino-Nucleus Scatterings from Nuclear Structure Point of View

工学的な応用の観点から、中性子と原子核との反応情報は 数 meV から 数百 MeV にわたる 10桁以上も異なるエネルギー範囲がカバーされている必要がある。そのような広い範囲の反応が どのように研究され、導出されているかレビューをする。また核構造を考慮したニュートリノと原子核の 反応断面積計算についても触れる。

Lunch

14:00-15:00 (60 min.) SATO, Toru (RCNP) Chair/Uesaka

Overview of Neutrino Nucleus Reaction

Brief overview on the theoretical analysis of the neutrino nucleus reaction will be discussed.

Coffee Break

15:30-16:00 (30 min.) SATO, Osamu (Nagoya University) Chair/Higashino

Elastic and Inelastic neutrino interaction features possibly similar to boosted DM interactions

Inelastic scattering の影響が出てくるであろうBoosted DM がどんな反応をするか？ここでは弱い相互作用の場合、つまりニュートリノと原子核核との反応の場合の関連するエネルギー帯での反応様式・特徴などについて議論・発表する。

16:10-16:50 (40 min.) ABE, Seisho (ICRR) Chair/Yoshida

Neutrino event generators and extension to inelastic scattering of DM 

ニュートリノ実験において、ニュートリノ原子核反応の検出器内応答の予測には、理論モデルを実装したニュートリノジェネレーター(シミュレータ)が用いられる。DMのinelastic scattering においても、同様のジェネレータが必要となると考えられる。この講演では、ニュートリノジェネレータの現状や課題、さらには考えられるDM反応への拡張を議論する。

Organizers

HIGASHINO, Satoshi (Kobe University)

NAGAO, Keiko (Okayama University of Science)

NAKA, Tatsuhiro (Toho University)

SHIMOMURA, Takashi (Miyazaki University)

UESAKA, Yuichi (Dokkyo Medical University)