暗物質搜尋中嶄新的實驗訊號
刊登日期:2023-03-15
物理所的研究人員提出新構想，在超新星爆炸(SN)後，以暗物質與探測器交互作用所產生的『餘暉』(afterglow) ，作為搜尋暗物質的新實驗訊號。暗物質現有的偵測手段，為其與原子核的彈性散射。此方法的可觀察能量極低，且缺乏其他訊息互補。SN中釋出巨量的微中子，可將其動能轉移到宇宙中的暗物質。這些『加速暗物質』(Boosted Dark Matter, BDM)到達地球後，可在大型探測器中產生獨特的訊號。此外，BDM事例之飛行時間分佈不僅異於SN初始微中子及電磁波訊號，對該事例之觀測更可作為暗物質確鑿證據，進而對其質量與交互作用散射截面積提供了重要有力的線索。
通過分析日本超級神岡實驗(Super-Kamiokande)的數據，此研究得到嶄新的源於SN1987a產生BDM的限制，比現有的物理機制(由宇宙射線造成的BDM)增強了多個數量級。未來的實驗能觀測由銀河中心SN產生的BDM，其靈敏度範圍將可大大拓展搜尋暗物質的參數空間。
此研究成果在 2023/3/14 於 Physical Review Letters 130, 111002 發表。 研究工作主要由本所前博士後研究員林彥勳(現任職國家理論中心)完成、副研究員吳孟儒組織，合作者包括特聘研究員王子敬與台灣大學碩士班吳文華。此為理論與實驗研究小組互補專長、加上院外大學同學參與的合作成果。
期刊連結: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.111002