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Constraining cosmic antinuclei fluxes for indirect dark matter searches with precision measurements of rare antimatter cluster formation

Description du projet

Une nouvelle façon d’étudier la formation des anti-noyaux

CosmicAntiNuclei, financé par le CER, va examiner les mécanismes de production des noyaux légers et des anti-noyaux dans les interactions à haute énergie. En mesurant avec précision la production d’anti-hélium rare dans des collisions proton-proton, proton-noyau et noyau-noyau avec le détecteur ALICE du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, le projet étendra le programme de physique ALICE et LHC au domaine astrophysique. Plus précisément, il ciblera de manière systématique et complète la modélisation de la formation de clusters d’antimatière légers, nécessaire pour prédire les taux de signal et de bruit de fond attendus pour les recherches d’anti-noyaux de matière noire dans les expériences menées dans l’espace et en ballon. Le projet adoptera une approche innovante basée sur la mesure des corrélations entre deux particules pour étudier la formation d’anti-noyaux par coalescence en relation avec la fonction d’onde du noyau et les caractéristiques de la source émettrice de particules.

Objectif

Visible matter constitutes only 5% of the matter-energy content of the Universe, whereas the remaining 95% is constituted by unknown forms of matter (20%) and energy (75%) that appear as ``dark'' to us. In the landscape of Dark Matter searches, antinuclei are a promising, almost background-free smoking gun signal for WIMPs and are a target of indirect dark matter searches.

This project attacks in a systematic and comprehensive way the modelling of light antimatter cluster formation, necessary to predict the expected signal and background rates for dark matter antinuclei searches in space-borne experiments.
The programme is based on precision measurements of rare antihelium production in proton-proton, proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions with the ALICE detector at the CERN LHC.
An innovative approach based on the measurement of two-particle correlations will be applied for the first time to investigate experimentally antinuclei formation via coalescence in relation to the nucleus wavefunction and interaction potential. The results of the analysis of the ALICE data will be input for the modelling of antinuclei formation and propagation in the Galaxy. The final goal of the project is to obtain a prediction for the expected cosmic ray antihelium background rate for AMS-02, further enhancing the scientific value of the proposed research programme.

The outcome of this project will shed light on the production mechanisms of light nuclei and antinuclei in high-energy interactions. In addition, it will extend the ALICE and LHC physics programme to the astrophysical domain, with a deep innovative impact in a well-established field of research. It will have direct fundamental applications to indirect dark matter searches with existing (AMS-02) and future (GAPS, AMS-100) experiments, providing relevant input to frontier research in this sector.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Ce projet n'a pas encore été classé par EuroSciVoc.
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Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2020-STG

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Institution d’accueil

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA DI BOLOGNA
Contribution nette de l'UE
€ 1 253 523,95
Coût total
€ 1 253 523,95

Bénéficiaires (2)