Annual Modulation of Dark Matter

The basic goal of direct detection dark matter experiments is to measure the energy deposited when WIMPs interact with nuclei in a detector, transferring some of their energy to nuclei. These experiments usually operate in deep underground to reduce background from cosmic rays.

암흑물질 직접관측의 기본적인 목표는 WIMP가 검출기 안의 핵과 반응해서 남긴 에너지를 측정하는 것입니다. 이런 실험들은 주로 우주로 부터 오는 배경 잡음들을 줄이기 위해서 지하 깊숙한 곳에서 진행됩니다.

The dark matter event rate is expected to modulate annually, creating a signature change in the event rate that can be used to identify it in these detectors.

암흑물질의 반응도는 일년을 주기로 바뀔 것으로 예측되는데 이러한 변화를 검출기를 통하여 확인할 수 있습니다.


Under commonly accepted models, galactic dark matter is distributed in a diffuse, roughly spherical halo through which the solar system travels as the Sum moves within the disk of the Milky Way. Because the relative velocity of the detector with respect to the dark matter depends on the time of the year, the count rate shows a sinusoidal dependence with time. Such a modulation would exhibit a period of one Earth year and peak when the relative velocity is at a maximum (June).

현재 일반적으로 수용되는 모델에서는 은하 암흑물질이 퍼져서 분포해있다고 생각합니다. 태양계가 은하 중심을 공전하는 속도가 암흑물질과 검출기의 반응에 영향을 미치기 때문에 반응도는 시간에 따라 정현파의 형태의 움직임을 보입니다. 이런 움직임은 일년 주기를 가지며 상대속도가 가장 큰 6월에 반응도가 가장 큰 것을 볼 수 있습니다.


Currently there is a tension in WIMP search field: The DAMA experiment has released data from two run phases (DAMA/NaI and DAMA/LIBRA) of its NaI(Tl) detectors at Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) in Italy. The cumulative exposure results in a 9.5 sigma modulation that may be a dark matter signature: However, the dark matter interpretation of the results are disputed because DAMA detection has been excluded by observations from other direct detection experiments such as LUXXENON100, and SuperCDMS.

최근 이탈리아 Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) 에 위치한 The DAMA experiment 는 NaI(Tl) 수정 검출기를 이용한 2 run phase 동안의 데이터를 발표했습니다. 그들은 축적된 9.5 sigma modulation 결과가 암흑물질의 신호일 것이라고 생각했지만 다른 암흑물질 직접 검출 실험들인 LUXXENON100, 와 SuperCDMS 에 의해 부정되어 논란이 되고 있습니다.

All other experiments excluding DAMA results are based on different detection techniques compared to DAMA (LUX, XENON are double phase liquid xenon detectors and SuperCDMS is using cryogenic germanium). That is why it is important to have a dark matter experiment using NaI(Tl) crystals to test the result from DAMA. COSINE experiment using same detector with DAMA so we can expect whether DAMA’s results are from WIMPs or not. Also, along with COSINE experiment, ANAIS and SABRE experiments are preparing NaI(Tl) experiment.

DAMA를 부정한 다른 모든 실험들은 DAMA와 다른 검출기 기술(LUX, XENON :double phase 액체 제논 검출기, SuperCDMS : 극저온 저마늄)을 사용하였기 때문에 DAMA 실험과 같은 NaI(Tl) 수정을 이용한 실험이 필요합니다. COSINE 실험에서는 DAMA 실험과 같은 검출기를 사용하므로서 DAMA 실험의 결과가 WIMP에 의한 것이 맞는 지 아닌지 증명을 할 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한 COSINE-100 실험을 따라 ANAIS 와 SABRE 실험들도 같은 NaI(Tl) 실험을 준비하고 있습니다.