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Positron resonant annihilation into darK mattER

Descrizione del progetto

Gettare nuova luce sulla materia oscura

Da tempo gli scienziati hanno accettato l’esistenza di una materia oscura invisibile che spiegherebbe le influenze gravitazionali sul nostro cosmo. La materia oscura sembra superare l’«ordinaria» materia visibile di circa sei a uno, tuttavia, poiché non assorbe, riflette o emette luce, è difficile da rilevare. La cosiddetta materia oscura leggera (più leggera di quella che è oggetto della maggior parte degli sforzi di ricerca) potrebbe essere la chiave. Teoricamente, questa materia, che è sfuggita ai rilevatori rimanendo inosservata fino ad oggi, costituisce un mondo parallelo diverso da quello che conosciamo. Il progetto POKER, finanziato dall’UE, sta intensificando la ricerca attraverso nuovi approcci che potrebbero consentire una particolare firma e una maggiore resa del segnale, aumentando le possibilità di rilevazione.

Obiettivo

"The goal of POKER is to establish and demonstrate a new approach to search for light dark matter, based on a missing energy measurement with a positron-beam, active thick-target setup. Light dark matter is the new compelling hypothesis that identifies dark matter with new sub-GeV ""Hidden Sector"" states, neutral under Standard Model interactions and interfacing with our world through a new force. Accelerator-based searches at the intensity frontier are uniquely suited to explore it. However, current and planned efforts are either limited by the low sensitivity or the high backgrounds. This calls for a major breakthrough in the field. The proposed approach overcomes this challenge. The new technique, based on light dark matter production through positron annihilation on atomic electrons, is characterized by a larger signal yield compared to previously explored reactions, and by a unique signal signature resulting from the underlying reaction dynamics: a peak in the missing energy distribution. The re-analysis of traditional electron-beam missing energy results, where low-energy secondary positrons are present, has already shown the potential of this technique. POKER will demonstrate its sensitivity by preparing and running a pilot experiment at the CERN H4 beamline with an optimized detector. The test must fulfill strong requirements: the active thick-target must be capable of detecting each impinging particle at very large (MHz) rate, with excellent energy resolution, and to operate in a high radiation dose environment. POKER will set the basis of the first optimized light dark matter search at a positron-beam facility, enabling sensitivity to a large variety of physics cases, from minimal models to more elaborate Hidden Sectors scenarios - such as the ""Strongly Interacting Massive Particles"" conjecture. The pilot run itself will explore a currently unknown territory in the Hidden Sector parameters space, strengthening even more the POKER physics case."

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

Istituzione ospitante

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Contributo netto dell'UE
€ 1 484 853,00
Costo totale
€ 1 484 853,00

Beneficiari (1)