[1806.10962] rozpraszanie koherentne i koherencja makroskopowa: implikacje dla detekcji neutrin, ciemnej materii i aksjonów

Tytuł:Coherent scattering and macroscopic coherence: Implications for neutrino, dark matter and axion detection

Download PDF

Streszczenie: badamy pytanie, czy koherentne rozpraszanie neutrin może wystąpić na skalach makroskopowych, co prowadzi do znacznego wzrostu przekrojów detekcji. Koncentrujemy się na radiacyjnym rozpraszaniu neutrin na elektronach atomowych (lub na wolnych elektronach w przewodniku). Procesy takie mogą być spójne pod warunkiem, że pęd odrzutu elektronu netto, tj. przeniesienie pędu z elektronu minus pęd emitowanego fotonu, jest wystarczająco małe. Procesy te są atrakcyjną możliwością, ponieważ energia emitowanych fotonów może być tak duża, jak przeniesienie pędu do układu elektronowego, a zatem można uniknąć problemu wykrywania bardzo niskich odrzutów energii.Wymóg koherencji makroskopowej poważnie ogranicza przestrzeń fazową dla cząstki rozproszonej i emitowanego fotonu. Pokazujemy, że w przypadku rozproszenia pośredniczonego przez zwykłe słabe oddziaływania prądu neutralnego i prądu naładowanego prowadzi to do silnego tłumienia przekrojów biernych, a zatem wymóg makroskopiczności powoduje raczej zmniejszenie niż zwiększenie całkowitego przekroju detekcyjnego. Jednak w przypadku rozpraszania $\nu e$ za pośrednictwem neutrinomagnetycznych lub elektrycznych momentów dipolowych efekty koherencji mogą faktycznie zwiększyć szybkość detekcji. Efekty koherencji makroskopowej mogą również pozwolić na wykrycie neutrin w zakresie energii 100 eV-kilku keV, który obecnie nie jest dostępny dla eksperymentu. Podobny koherentny mechanizm ulepszania może działać dla relatywistycznych cząstek w sektorze ciemnym, ale nie dla konwencjonalnie uznawanej nierelatywistycznej ciemnej materii.