logo

U bent hier

Waarschuwingsbericht

Opgelet! Dit event heeft al plaatsgehad.

Search for neutralino dark matter with 6 years of data of the AMANDA-II neutrino telescope.

woensdag, 22 december, 2010 - 16:00
Campus: Brussels Humanities, Sciences & Engineering campus
Faculteit: Science and Bio-engineering Sciences
D
2.01
Alfio Rizzo
doctoraatsverdediging

Volgens verscheidene experimentele waarnemingen moet ons
heelal doordrongen zijn van een onbekende soort materie, de
zogenaamde donkere materie. Volgens de moderne kosmologie
moeten deze deeltjes stabiel en zwaar zijn en enkel met materie
interageren via de zwaartekracht of zwakke wisselwerking. Daarom
worden zulke deeltjes ook WIMP's (Weak Interactive Massive
Particles of zwak interagerende massieve deeltjes) genoemd.

Een van de beste WIMP kandidaten is het neutralino zoals
gepostuleerd in de supersymmetrische uitbreiding van het
Standaard Model van de deeltjesfysica; het kan op zichzelf de
volledige donkere materie vormen, of het is misschien een van de
ingrediënten. Als neutralino's door middel van de zwaartekracht
door de zon werden gevangen, konden ze zich ophopen in de kern
en vervolgens paarsgewijs annihileren. Een mogelijke manier om
de neutralino donkere materie te onthullen is daarom het
detecteren van hun Standaard Model vervalproducten, zoals het
neutrino. In dat geval wordt een mogelijke overschrijding boven de
atmosferische achtergrond verwacht van neutrino's die uit de
richting van de zon komen.

We zijn dit werk begonnen met als doel het zoeken naar neutrino's
afkomstig uit neutralino-interacties in het centrum van de zon. De
gegevens verzameld gedurende de periode van 2001 tot 2006 met
de AMANDA neutrino telescoop, die gelegen is op de Zuidpool,
werden benut voor dit werk. Daarvan hebben we ongeveer het
equivalente van 812 dagen opnametijd gebruikt die geschikt zijn
voor de specifieke vereisten van deze analyse.

Het belangrijkste doel van onze analyse was de indirecte
waarneming van het neutralino, maar alvorens dit punt te bereiken
was voorbereidend werk nodig om de contaminatie door de
atmosferische achtergrond te verwijderen uit de experimentele
data. Vanwege de positie van de zon op de Zuidpool verwachtten
we bijna horizontale sporen van laag-energetische gebeurtenissen,
die een echte uitdaging voor het reconstructie-algoritme vormde.
Een ander belangrijk aspect was de aanwezigheid van de string
trigger die de drempel om deze gebeurtenissen te accepteren
verlaagde.

Wij introduceerden een multivariate techniek, de zogenaamde
Boosted Decision Trees (BDT), om het grootste deel van deze
achtergrond van atmosferische muonen te verwijderen, en
tegelijkertijd zo veel mogelijk signaal over te houden.

De prestaties van deze methode stonden met kop en schouders
boven een eenvoudige een-dimensionale selectie methode, die in
de voorgaande AMANDA analyses werd gebruikt. Na het
toepassen van de BDT selectie hebben we gekozen om een
nieuwe en verfijnde methode aan te nemen om de signaalsterkte te
onttrekken uit de resterende experimentele gegevens.

Het uiteindelijke resultaat van onze analyse was dat in de
uiteindelijke steekproef geen statistisch significante toename van
gebeurtenissen uit de richting van de Zon werd gevonden. Een
bovenlimiet met 90% betrouwbaarheidsniveau voor het aantal
verwachte signaalgebeurtenissen werd verstrekt voor de selecties
van verschillende neutralinomodellen. Deze bovengrens werd
benut om een bovenlimiet af te leiden voor het neutrino-muon
conversietempo in de detector, het annihilatietempo van het
neutralino in de zon, de neutrino-geïnduceerde muonflux door de
detector en de spinafhankelijke en -onafhankelijke neutralino-proton
werkzame doorsneden.

Globaal gezien presteert onze analyse zeer goed; de resultaten
geciteerd voor de harde-kanaalmodellen met lage neutralinomassa
en voor alle zachte-kanaalmodellen, zijn tot dusver de meest
gevoelige AMANDA/IceCube resultaten met betrekking tot donkere
materie. De belangrijkste reden is het gebruik van de
multidimensionale methode die een betere scheiding tussen signaal
en achtergrond mogelijk maakt. Een onderzoek naar donkere
materie uitgevoerd met IceCube gegevens (met slechts 22 strings)
reikt niet tot de lage-energieregio, omdat deze een hogere
energiedrempel had in vergelijking met AMANDA. Onze resultaten,
vergeleken met een andere analyse van donkere materie
uitgevoerd op AMANDA gegevens uit 2000 tot 2006
(geoptimaliseerd voor hoog-energetische neutrino's), presteren nog
beter als we denken dat we een jaar minder gegevens hebben
gebruikt.

De gefilterde dataset gebruikt in de laatste fase van deze analyse
kan ook nog worden benut om een zoektocht naar andere WIMP
kandidaten, zoals het lichtste Kaluza-Kleindeeltje in het kader van
universele extra dimensies, na te streven.