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Indirect detection of Dark Matter with neutrinos

Niro, Viviana

German Title: Indirekte Detektion Dunkler Materie durch Neutrinos

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Abstract

In this doctoral thesis, we discuss indirect Dark Matter detection with neutrinos. We perform a detailed calculation of the neutrino spectra coming from Dark Matter annihilations inside the Sun and the Earth, taking into account all the possible processes that could occur during propagation: oscillation and interaction with matter. We examine in a systematic way the possibilities of Dark Matter annihilation directly into neutrinos, considering the case of scalar and fermionic Dark Matter. We explicitly calculate the annihilation cross section for different typologies of diagrams. We identify the most favourable scenarios, for which the behaviour of the cross section is given. We then describe the phenomenology of the leptophilic Dark Matter and show how experimental bounds on the neutrino flux coming from annihilations inside the Sun disfavour this model as explanation of the DAMA results. Finally, a carefull analysis of the neutrino flux expected from neutralino annihilations inside the Sun and the Earth is presented. We consider uncertainties coming from both particle physics and astrophysics and we divide the fluxes in through-going and stopping muons.

Translation of abstract (German)

In dieser Doktorarbeit wird die indirekte Detektion von Dunkler Materie mittels Neutrinos untersucht. Wir fuehren eine detaillierte Berechnung der Neutrino-Spektren durch, die von Annihilationen Dunkler Materie innerhalb der Sonne und der Erde herruehren, wobei wir alle Prozesse mit einbeziehen, die waehrend der Propagation auftreten koennen: Oszillationen und Wechselwirkung mit Materie. Wir analysieren systematisch alle Moeglichkeiten der direkten Vernichtung von Dunkler Materie in Neutrinos fuer die beiden Faelle von skalarer und Fermionischer Dunkler Materie. Außerdem berechnen wir die Vernichtungs-Querschnitte fuer Diagramme verschiedener Topologien. Hierbei identifizieren wir die vielversprechendsten Szenarien, fuer welche auch das Verhalten des Wirkungsquerschnittes angegeben wird. Danach beschreiben wir die Phaenomenologie der leptophilen Dunklen Materie und zeigen auf, wie die experimentellen Limits an den von Annihilationsprozessen in der Sonne herruehrenden Neutrinofluss dieses Modell als Erklaerung der Ergebnisse des DAMA-Experiments in Bedraengnis bringen. Schließlich wird eine detaillierte Analyse des erwarteten Neutrino-Flusses stammend von Neutralino-Annihilationsprozessen innerhalb der Sonne und der Erde praesentiert. Hierbei beruecksichtigen wir sowohl teilchenphysikalische als auch astrophysikalische Unsicherheiten und unterteilen den Fluss in durchgehende und stoppende Myonen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Lindner, Prof. Dr. Manfred
Date of thesis defense: 7. June 2010
Date Deposited: 23. Jun 2010 12:42
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Dark Matter , Neutrinos , Neutralino , DAMA , Leptophilic
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