We discuss JUNO sensitivity to the annihilation of MeV dark matter in the galactic halo via detecting inverse beta decay reactions of electron anti-neutrinos resulting from the annihilation. We study possible backgrounds to the signature, including the reactor neutrinos, diffuse supernova neutrino background, charged- and neutral-current interactions of atmospheric neutrinos, backgrounds from muon-induced fast neutrons and cosmogenic isotopes. A fiducial volume cut, as well as the pulse shape discrimination and the muon veto are applied to suppress the above backgrounds. It is shown that JUNO sensitivity to the thermally averaged dark matter annihilation rate in 10 years of exposure would be significantly better than the present-day best limit set by Super-Kamiokande and would be comparable to that expected by Hyper-Kamiokande.

JUNO sensitivity to the annihilation of MeV dark matter in the galactic halo / A. Abusleme, T. Adam, S. Ahmad, R. Ahmed, S. Aiello, M. Akram, A. Aleem, T. Alexandros, F. An, Q. An, G. Andronico, N. Anfimov, V. Antonelli, T. Antoshkina, B. Asavapibhop, J. Pedro Athayde Marcondes de Andr??, D. Auguste, W. Bai, N. Balashov, W. Baldini, A. Barresi, D. Basilico, E. Baussan, M. Bellato, A. Bergnoli, T. Birkenfeld, S. Blin, D. Blum, S. Blyth, A. Bolshakova, M. Bongrand, C. Bordereau, D. Breton, A. Brigatti, R. Brugnera, R. Bruno, A. Budano, J. Busto, A. Cabrera, B. Caccianiga, H. Cai, X. Cai, Y. Cai, Z. Cai, R. Callegari, A. Cammi, A. Campeny, C. Cao, G. Cao, J. Cao, R. Caruso, C. Cerna, C. Chan, J. Chang, Y. Chang, G. Chen, P. Chen, P. Chen, S. Chen, X. Chen, Y. Chen, Y. Chen, Z. Chen, Z. Chen, J. Cheng, Y. Cheng, Y. Chin Cheng, A. Chetverikov, D. Chiesa, P. Chimenti, Z. Chu, A. Chukanov, G. Claverie, C. Clementi, B. Clerbaux, S. Conforti Di Lorenzo, D. Corti, F. Dal Corso, O. Dalager, C. De La Taille, Z. Deng, Z. Deng, W. Depnering, M. Diaz, X. Ding, Y. Ding, B. Dirgantara, S. Dmitrievsky, T. Dohnal, D. Dolzhikov, G. Donchenko, J. Dong, E. Doroshkevich, W. Dou, M. Dracos, F. Druillole, R. Du, S. Du, S. Dusini, M. Dvorak, J. Eck, T. Enqvist, A. Fabbri, U. Fahrendholz, D. Fan, L. Fan, J. Fang, W. Fang, M. Fargetta, D. Fedoseev, Z. Fei, L. Feng, Q. Feng, F. Ferraro, R. Ford, A. Fournier, H. Gan, F. Gao, A. Garfagnini, A. Gavrikov, M. Giammarchi, N. Giudice, M. Gonchar, G. Gong, H. Gong, Y. Gornushkin, A. G??ttel, M. Grassi, V. Gromov, M. Gu, X. Gu, Y. Gu, M. Guan, Y. Guan, N. Guardone, C. Guo, J. Guo, W. Guo, X. Guo, Y. Guo, C. Hagner, R. Han, Y. Han, M. He, W. He, T. Heinz, P. Hellmuth, Y. Heng, R. Herrera, Y. Hor, S. Hou, Y. Hsiung, B. Hu, H. Hu, J. Hu, J. Hu, S. Hu, T. Hu, Y. Hu, Z. Hu, G. Huang, H. Huang, K. Huang, W. Huang, X. Huang, X. Huang, Y. Huang, J. Hui, L. Huo, W. Huo, C. Huss, S. Hussain, A. Ioannisian, R. Isocrate, B. Jelmini, I. Jeria, X. Ji, H. Jia, J. Jia, S. Jian, D. Jiang, W. Jiang, X. Jiang, X. Jing, C. Jollet, J. Joutsenvaara, L. Kalousis, P. Kampmann, L. Kang, R. Karaparambil, N. Kazarian, A. Khatun, K. Khosonthongkee, D. Korablev, K. Kouzakov, A. Krasnoperov, N. Kutovskiy, P. Kuusiniemi, T. Lachenmaier, C. Landini, S. Leblanc, V. Lebrin, F. Lefevre, R. Lei, R. Leitner, J. Leung, D. Li, D. Li, F. Li, F. Li, G. Li, H. Li, M. Li, M. Li, N. Li, N. Li, Q. Li, R. Li, R. Li, S. Li, T. Li, T. Li, W. Li, W. Li, X. Li, X. Li, X. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Li, Z. Li, Z. Li, Z. Li, H. Liang, H. Liang, J. Liao, A. Limphirat, G. Lin, S. Lin, T. Lin, J. Ling, I. Lippi, F. Liu, H. Liu, H. Liu, H. Liu, H. Liu, H. Liu, H. Liu, J. Liu, J. Liu, M. Liu, Q. Liu, Q. Liu, R. Liu, S. Liu, S. Liu, X. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, A. Lokhov, P. Lombardi, C. Lombardo, K. Loo, C. Lu, H. Lu, J. Lu, J. Lu, P. Lu, S. Lu, B. Lubsandorzhiev, S. Lubsandorzhiev, L. Ludhova, A. Lukanov, D. Luo, F. Luo, G. Luo, S. Luo, W. Luo, X. Luo, V. Lyashuk, B. Ma, B. Ma, Q. Ma, S. Ma, X. Ma, X. Ma, J. Maalmi, M. Magoni, J. Mai, Y. Malyshkin, R. Carlos Mandujano, F. Mantovani, X. Mao, Y. Mao, S.M. Mari, F. Marini, C. Martellini, G. Martin-Chassard, A. Martini, M. Mayer, D. Mayilyan, I. Mednieks, A. Meinusch, Y. Meng, A. Meregaglia, E. Meroni, D. Meyh??fer, M. Mezzetto, J. Miller, L. Miramonti, M. Colomer Molla, P. Montini, M. Montuschi, A. M??ller, M. Nastasi, D.V. Naumov, E. Naumova, D. Navas-Nicolas, I. Nemchenok, M. Thuan Nguyen Thi, F. Ning, Z. Ning, H. Nunokawa, L. Oberauer, J. Pedro Ochoa-Ricoux, A. Olshevskiy, D. Orestano, F. Ortica, R. Othegraven, A. Paoloni, S. Parmeggiano, Y. Pei, L. Pelicci, N. Pelliccia, A. Peng, H. Peng, Y. Peng, Z. Peng, F. Perrot, P. Petitjean, F. Petrucci, O. Pilarczyk, L. Felipe Pi??eres Rico, A. Popov, P. Poussot, E. Previtali, F. Qi, M. Qi, S. Qian, X. Qian, Z. Qian, H. Qiao, Z. Qin, S. Qiu, G. Ranucci, N. Raper, R. Rasheed, A.C. Re, H. Rebber, A. Rebii, M. Redchuk, B. Ren, J. Ren, B. Ricci, M. Rifai, M. Roche, N. Rodphai, A. Romani, B. Roskovec, X. Ruan, A. Rybnikov, A. Sadovsky, P. Saggese, S. Sanfilippo, A. Sangka, U. Sawangwit, J. Sawatzki, M. Schever, C. Schwab, K. Schweizer, A. Selyunin, A. Serafini, G. Settanta, M. Settimo, Z. Shao, V. Sharov, A. Shaydurova, J. Shi, Y. Shi, V. Shutov, A. Sidorenkov, F. ??imkovic, C. Sirignano, J. Siripak, M. Sisti, M. Slupecki, M. Smirnov, O. Smirnov, T. Sogo-Bezerra, S. Sokolov, J. Songwadhana, B. Soonthornthum, A. Sotnikov, O. ??r??mek, W. Sreethawong, A. Stahl, L. Stanco, K. Stankevich, D. ??tef??nik, H. Steiger, J. Steinmann, T. Sterr, M. Raphael Stock, V. Strati, A. Studenikin, J. Su, S. Sun, X. Sun, Y. Sun, Y. Sun, Z. Sun, N. Suwonjandee, M. Szelezniak, J. Tang, Q. Tang, Q. Tang, X. Tang, V. Thara Hariharan, E. Theisen, A. Tietzsch, I. Tkachev, T. Tmej, M.D.C. Torri, K. Treskov, A. Triossi, G. Troni, W. Trzaska, C. Tuve, N. Ushakov, V. Vedin, G. Verde, M. Vialkov, B. Viaud, C. Moritz Vollbrecht, C. Volpe, K. Von Sturm, V. Vorobel, D. Voronin, L. Votano, P. Walker, C. Wang, C. Wang, E. Wang, G. Wang, J. Wang, J. Wang, L. Wang, M. Wang, M. Wang, M. Wang, R. Wang, S. Wang, W. Wang, W. Wang, W. Wang, X. Wang, X. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Z. Wang, Z. Wang, Z. Wang, Z. Wang, A. Watcharangkool, W. Wei, W. Wei, W. Wei, Y. Wei, K. Wen, L. Wen, J. Weng, C. Wiebusch, S. Chan-Fai Wong, B. Wonsak, D. Wu, Q. Wu, Z. Wu, M. Wurm, J. Wurtz, C. Wysotzki, Y. Xi, D. Xia, X. Xiao, X. Xie, Y. Xie, Z. Xie, Z. Xin, Z. Xing, B. Xu, C. Xu, D. Xu, F. Xu, H. Xu, J. Xu, J. Xu, M. Xu, Y. Xu, B. Yan, Q. Yan, T. Yan, W. Yan, X. Yan, Y. Yan, C. Yang, C. Yang, H. Yang, J. Yang, L. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, H. Yao, J. Ye, M. Ye, Z. Ye, F. Yermia, Z. You, B. Yu, C. Yu, C. Yu, H. Yu, M. Yu, X. Yu, Z. Yu, Z. Yu, C. Yuan, C. Yuan, Y. Yuan, Z. Yuan, B. Yue, N. Zafar, V. Zavadskyi, S. Zeng, T. Zeng, Y. Zeng, L. Zhan, A. Zhang, B. Zhang, B. Zhang, F. Zhang, G. Zhang, H. Zhang, J. Zhang, J. Zhang, J. Zhang, J. Zhang, J. Zhang, J. Zhang, M. Zhang, P. Zhang, Q. Zhang, S. Zhang, S. Zhang, T. Zhang, X. Zhang, X. Zhang, X. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, Z. Zhang, F. Zhao, J. Zhao, R. Zhao, R. Zhao, S. Zhao, D. Zheng, H. Zheng, Y. Zheng, W. Zhong, J. Zhou, L. Zhou, N. Zhou, S. Zhou, T. Zhou, X. Zhou, J. Zhu, J. Zhu, K. Zhu, K. Zhu, Z. Zhu, B. Zhuang, H. Zhuang, L. Zong, J. Zou, S. Zwickel. - In: JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS. - ISSN 1475-7516. - 2023:9(2023), pp. 001.1-001.10. [10.1088/1475-7516/2023/09/001]

JUNO sensitivity to the annihilation of MeV dark matter in the galactic halo

D. Basilico;L. Miramonti;A.C. Re;M.D.C. Torri;
2023

Abstract

We discuss JUNO sensitivity to the annihilation of MeV dark matter in the galactic halo via detecting inverse beta decay reactions of electron anti-neutrinos resulting from the annihilation. We study possible backgrounds to the signature, including the reactor neutrinos, diffuse supernova neutrino background, charged- and neutral-current interactions of atmospheric neutrinos, backgrounds from muon-induced fast neutrons and cosmogenic isotopes. A fiducial volume cut, as well as the pulse shape discrimination and the muon veto are applied to suppress the above backgrounds. It is shown that JUNO sensitivity to the thermally averaged dark matter annihilation rate in 10 years of exposure would be significantly better than the present-day best limit set by Super-Kamiokande and would be comparable to that expected by Hyper-Kamiokande.
neutrino astronomy; neutrino detectors; neutrino experiments;
Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
2023
1-set-2023
Article (author)
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
2306.09567.pdf

accesso aperto

Tipologia: Pre-print (manoscritto inviato all'editore)
Dimensione 3.45 MB
Formato Adobe PDF
3.45 MB Adobe PDF Visualizza/Apri
Pubblicazioni consigliate

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/2434/1024154
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus 0
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? ND
social impact