Busca da matéria escura por meio de detecção direta: caracterização de eventos gerados por múons no experimento COSINE-100

Informações
Orientador: 
Atividade: 
Pós-Graduação
Situação do Projeto: 
Em andamento

Resumo: As buscas experimentais pela matéria escura estão divididas em três frentes que constituem metodologias de investigação complementares: métodos de detecção direta e indireta e produção em colliders, como o LHC. Sendo assim, neste projeto pretende-se realizar pesquisa experimental relacionada à detecção direta da matéria escura, em particular WIMPs, por meio do experimento COSINE-100 (106 kg de cristais de NaI(Tl)) instalado em laboratório subterrâneo na Coréia do Sul. A ênfase inicial reside na confirmação ou não dos resultados do experimento DAMA/LIBRA, que sugerem a existência de matéria escura pela verificação de uma modulação anual na taxa de eventos devida ao movimento da Terra ao redor do Sol e deste em relação ao halo galáctico, fato que traria variações ao longo do ano do “vento” de WIMPs que chegaria ao detector. Esses resultados já foram refutados por outros experimentos que apresentaram resultados nulos. Adicionalmente, pretende-se também em médio prazo investigar aspectos relacionados à física além do modelo padrão, em particular a existência de fótons escuros que atuariam como mediadores das interações com o modelo padrão. O estudo e entendimento detalhado de eventos relacionados a múons nos experimentos de matéria escura são de vital importância. Múons são partículas carregadas provenientes de decaimentos de outras partículas, como píons e káons por exemplo. Essas partículas são observadas em “chuveiros” resultado da interação de raios cósmicos com a atmosfera. Os múons desses decaimentos são relativísticos e portanto sobrevivem o suficiente para alcançar não apenas a superfície da terra, como também o interior de laboratórios subterrâneos. Esses múons energéticos podem espalhar nêutrons, cujo sinal detectado pode ser confundido com o sinal de uma partícula candidata a matéria escura. Além disso, devido à variação em condições atmosféricas (como densidade e temperatura), observa-se uma modulação anual da taxa de múons. Essa modulação não explica o que foi observado pelo experimento DAMA/LIBRA, pois existe uma diferença de fase entre a modulação dos múons e da modulação esperada para WIMPs e os valores simulados para eventos resultantes de interação dos múons são bem menores que os valores observados. Múons energéticos causam fosforescência em cristais de NaTl. Esses eventos podem durar de poucos micro segundos a alguns dias e contribuem para os backgrounds do experimento. Dessa forma, justifica-se o estudo do fluxo de múons, tanto na superfície como no laboratório subterrâneo, a fim de conhecer os eventos causados direta e indiretamente pelos múons. Assim, pretende-se diferenciar eventos e modulações existentes devido a múons e devido a candidatos a matéria escura. Dando continuidade aos trabalhos iniciados no período anterior, apresento os resultados do monitoramento da correção de ganho e os primeiros estudos de correlação entre a temperatura atmosférica e a modulação de múons