Event Generators and Light Dark Matter
(2019) FYTK02 20191Theoretical Particle Physics - Undergoing reorganization
- Abstract
- Recently, a number of experiments have been proposed with the aim of finding light dark matter. In particular, the proposed LDMX experiment is meant to utilize electron scattering off metal nuclei to excite dark matter emissions. Motivated by this, we construct an event generator for electrons scattering off metal nuclei. The relevant kinematics are presented in detail. The matrix element for the t-channel single photon exchange is calculated from Feynman rules. To obtain cross-sections for the scatterings we employ Monte Carlo techniques, in particular importance sampling. We improve how realistic the events are by distributing the incoming momenta according to a Gaussian. The validity of the results is investigated by a number of tests.... (More)
- Recently, a number of experiments have been proposed with the aim of finding light dark matter. In particular, the proposed LDMX experiment is meant to utilize electron scattering off metal nuclei to excite dark matter emissions. Motivated by this, we construct an event generator for electrons scattering off metal nuclei. The relevant kinematics are presented in detail. The matrix element for the t-channel single photon exchange is calculated from Feynman rules. To obtain cross-sections for the scatterings we employ Monte Carlo techniques, in particular importance sampling. We improve how realistic the events are by distributing the incoming momenta according to a Gaussian. The validity of the results is investigated by a number of tests. Finally, we present the results as a number of plots depicting relevant observable quantities such as differential cross-sections and scattering angles. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Mörk materia upptäcktes redan på 1930-talet av astronomer via sin enorma gravitationella påverkan på galaxer. Trots detta, har alla försök att hitta dess beståndsdelar via experiment misslyckats. Ledande modeller för den mörka materians natur brukar beskriva den som uppbyggd av så kallade ”WIMP:s” (weakly interacting massive particles) som översätts till ungefär: ”svagt interagerande massiva partiklar”. I och med detta har nästan alla experiment letat efter
just dessa, massiva, partiklar.
Nyligen har det föreslagits att andra slags experiment bör byggas, som letar efter mycket lättare mörk-materia partiklar. Det är dessa experiment och tillhörande modeller som är bakgrunden till detta projekt. Det gemensamma draget hos flera av dessa... (More) - Mörk materia upptäcktes redan på 1930-talet av astronomer via sin enorma gravitationella påverkan på galaxer. Trots detta, har alla försök att hitta dess beståndsdelar via experiment misslyckats. Ledande modeller för den mörka materians natur brukar beskriva den som uppbyggd av så kallade ”WIMP:s” (weakly interacting massive particles) som översätts till ungefär: ”svagt interagerande massiva partiklar”. I och med detta har nästan alla experiment letat efter
just dessa, massiva, partiklar.
Nyligen har det föreslagits att andra slags experiment bör byggas, som letar efter mycket lättare mörk-materia partiklar. Det är dessa experiment och tillhörande modeller som är bakgrunden till detta projekt. Det gemensamma draget hos flera av dessa experiment är användandet av en elektronstråle som träffar ett metallblock för att excitera fram emissioner av mörk materia partiklar. Dessa kan då detekteras via antingen sönderfall till kända partiklar, eller via störningar i den förväntade distributionen av utgående elektroner.
I detta arbete skapar vi en så kallad ”event generator”, ett datorprogram som simulerar partikelkollisioner. Dess uppgift är att generera stora mängder simulerade elektron-atomkärnekollisioner och beräkna ett flertal tillhörande storheter. Detta för att skapa en modell för vad ett experiment kan se om det inte finns någon ”lätt” mörk materia, så att modellen kan jämföras med experimentell data. Nästa steg efter detta arbete skulle kunna vara en utbyggnad av programmet för att inkludera emissioner av just mörk materia. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8990857
- author
- Nowak, Michal LU
- supervisor
-
- Stefan Prestel LU
- Johannes Bellm LU
- organization
- course
- FYTK02 20191
- year
- 2019
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Event Generators, Dark Matter, Particle Kinematics, Particle Scattering
- report number
- LU TP 19-22
- language
- English
- id
- 8990857
- date added to LUP
- 2019-08-07 14:18:08
- date last changed
- 2019-08-07 14:18:08
@misc{8990857,
abstract = {{Recently, a number of experiments have been proposed with the aim of finding light dark matter. In particular, the proposed LDMX experiment is meant to utilize electron scattering off metal nuclei to excite dark matter emissions. Motivated by this, we construct an event generator for electrons scattering off metal nuclei. The relevant kinematics are presented in detail. The matrix element for the t-channel single photon exchange is calculated from Feynman rules. To obtain cross-sections for the scatterings we employ Monte Carlo techniques, in particular importance sampling. We improve how realistic the events are by distributing the incoming momenta according to a Gaussian. The validity of the results is investigated by a number of tests. Finally, we present the results as a number of plots depicting relevant observable quantities such as differential cross-sections and scattering angles.}},
author = {{Nowak, Michal}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Event Generators and Light Dark Matter}},
year = {{2019}},
}