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1MeV/c^{2}までの質量を持つボソニック超弱相互作用質量粒子の初探索
First Search for Bosonic Superweakly Interacting Massive Particles with Masses up to 1 MeV/c^{2} with GERDA.
PMID: 32678643 DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.011801.
抄録
本研究では、ボソニック超弱相互作用質量粒子(super-WIMP)をkeVスケールの暗黒物質候補として初めて探索した結果を紹介する。GERDAはニュートリノレス二重β崩壊実験であり、イタリアのINFNのLaboratori Nazionali del Gran Sasso(LNGS)で超低バックグラウンド環境下で^{76}Geを濃縮した高純度ゲルマニウム検出器を用いている。60keV/c^{2}から1MeV/c^{2}までの質量領域で疑似スカラー粒子とベクトル粒子を探索した。その結果、暗黒物質シグナルは観測されず、120keV/c^{2}以上の質量を持つ超IMPのカップリングに対して最も厳しい制約が設定された。例えば、質量150keV/c^{2}の場合、電子に対する軸索様粒子及び暗黒光子の無次元結合について、それぞれg_{ae}<3×10^{-12}及びα^{'}/α<6.5×10^{-24}の最も厳しい直接制限を90%の信頼度で得ることができた。
We present the first search for bosonic superweakly interacting massive particles (super-WIMPs) as keV-scale dark matter candidates performed with the GERDA experiment. GERDA is a neutrinoless double-β decay experiment which operates high-purity germanium detectors enriched in ^{76}Ge in an ultralow background environment at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) of INFN in Italy. Searches were performed for pseudoscalar and vector particles in the mass region from 60 keV/c^{2} to 1 MeV/c^{2}. No evidence for a dark matter signal was observed, and the most stringent constraints on the couplings of super-WIMPs with masses above 120 keV/c^{2} have been set. As an example, at a mass of 150 keV/c^{2} the most stringent direct limits on the dimensionless couplings of axionlike particles and dark photons to electrons of g_{ae}<3×10^{-12} and α^{'}/α<6.5×10^{-24} at 90% credible interval, respectively, were obtained.