Back to Search Start Over

Velocity independent constraints on spin-dependent DM-nucleon interactions from IceCube and PICO

Authors :
IceCube Collaboration
Aartsen, M. G.
Ackermann, M.
Adams, J.
Aguilar, J. A.
Ahlers, M.
Ahrens, M.
Alispach, C.
Andeen, K.
Anderson, T.
Ansseau, I.
Anton, G.
Argüelles, C.
Auffenberg, J.
Axani, S.
Backes, P.
Bagherpour, H.
Bai, X.
V., A. Balagopal
Barbano, A.
Barwick, S. W.
Bastian, B.
Baum, V.
Baur, S.
Bay, R.
Beatty, J. J.
Becker, K. -H.
Tjus, J. Becker
BenZvi, S.
Berley, D.
Bernardini, E.
Besson, D. Z.
Binder, G.
Bindig, D.
Blaufuss, E.
Blot, S.
Bohm, C.
Börner, M.
Böser, S.
Botner, O.
Böttcher, J.
Bourbeau, E.
Bourbeau, J.
Bradascio, F.
Braun, J.
Bron, S.
Brostean-Kaiser, J.
Burgman, A.
Buscher, J.
Busse, R. S.
Carver, T.
Chen, C.
Cheung, E.
Chirkin, D.
Choi, S.
Classen, L.
Coleman, A.
Collin, G. H.
Conrad, J. M.
Coppin, P.
Correa, P.
Cowen, D. F.
Cross, R.
Dave, P.
De Clercq, C.
DeLaunay, J. J.
Dembinski, H.
Deoskar, K.
De Ridder, S.
Desiati, P.
de Vries, K. D.
de Wasseige, G.
de With, M.
DeYoung, T.
Diaz, A.
Díaz-Vélez, J. C.
Dujmovic, H.
Dunkman, M.
Dvorak, E.
Eberhardt, B.
Ehrhardt, T.
Eller, P.
Engel, R.
Evenson, P. A.
Fahey, S.
Fazely, A. R.
Felde, J.
Filimonov, K.
Finley, C.
Franckowiak, A.
Friedman, E.
Fritz, A.
Gaisser, T. K.
Gallagher, J.
Ganster, E.
Garrappa, S.
Gerhardt, L.
Ghorbani, K.
Glauch, T.
Glüsenkamp, T.
Goldschmidt, A.
Gonzalez, J. G.
Grant, D.
Griffith, Z.
Griswold, S.
Günder, M.
Gündüz, M.
Haack, C.
Hallgren, A.
Halve, L.
Halzen, F.
Hanson, K.
Haungs, A.
Hebecker, D.
Heereman, D.
Heix, P.
Helbing, K.
Hellauer, R.
Henningsen, F.
Hickford, S.
Hignight, J.
Hill, G. C.
Hoffman, K. D.
Hoffmann, R.
Hoinka, T.
Hokanson-Fasig, B.
Hoshina, K.
Huang, F.
Huber, M.
Huber, T.
Hultqvist, K.
Hünnefeld, M.
Hussain, R.
In, S.
Iovine, N.
Ishihara, A.
Japaridze, G. S.
Jeong, M.
Jero, K.
Jones, B. J. P.
Jonske, F.
Joppe, R.
Kang, D.
Kang, W.
Kappes, A.
Kappesser, D.
Karg, T.
Karl, M.
Karle, A.
Katz, U.
Kauer, M.
Kelley, J. L.
Kheirandish, A.
Kim, J.
Kintscher, T.
Kiryluk, J.
Kittler, T.
Klein, S. R.
Koirala, R.
Kolanoski, H.
Köpke, L.
Kopper, C.
Kopper, S.
Koskinen, D. J.
Kowalski, M.
Krings, K.
Krückl, G.
Kulacz, N.
Kurahashi, N.
Kyriacou, A.
Labare, M.
Lanfranchi, J. L.
Larson, M. J.
Lauber, F.
Lazar, J. P.
Leonard, K.
Leszczyńska, A.
Leuermann, M.
Liu, Q. R.
Lohfink, E.
Mariscal, C. J. Lozano
Lu, L.
Lucarelli, F.
Lünemann, J.
Luszczak, W.
Lyu, Y.
Ma, W. Y.
Madsen, J.
Maggi, G.
Mahn, K. B. M.
Makino, Y.
Mallik, P.
Mallot, K.
Mancina, S.
Mariş, I. C.
Maruyama, R.
Mase, K.
Maunu, R.
McNally, F.
Meagher, K.
Medici, M.
Medina, A.
Meier, M.
Meighen-Berger, S.
Menne, T.
Merino, G.
Meures, T.
Micallef, J.
Mockler, D.
Momenté, G.
Montaruli, T.
Moore, R. W.
Morse, R.
Moulai, M.
Muth, P.
Nagai, R.
Naumann, U.
Neer, G.
Niederhausen, H.
Nowicki, S. C.
Nygren, D. R.
Pollmann, A. Obertacke
Oehler, M.
Olivas, A.
O'Murchadha, A.
O'Sullivan, E.
Palczewski, T.
Pandya, H.
Pankova, D. V.
Park, N.
Peiffer, P.
Heros, C. Pérez de los
Philippen, S.
Pieloth, D.
Pinat, E.
Pizzuto, A.
Plum, M.
Porcelli, A.
Price, P. B.
Przybylski, G. T.
Raab, C.
Raissi, A.
Rameez, M.
Rauch, L.
Rawlins, K.
Rea, I. C.
Reimann, R.
Relethford, B.
Renschler, M.
Renzi, G.
Resconi, E.
Rhode, W.
Richman, M.
Robertson, S.
Rongen, M.
Rott, C.
Ruhe, T.
Ryckbosch, D.
Rysewyk, D.
Safa, I.
Herrera, S. E. Sanchez
Sandrock, A.
Sandroos, J.
Santander, M.
Sarkar, S.
Satalecka, K.
Schaufel, M.
Schieler, H.
Schlunder, P.
Schmidt, T.
Schneider, A.
Schneider, J.
Schröder, F. G.
Schumacher, L.
Sclafani, S.
Seckel, D.
Seunarine, S.
Shefali, S.
Silva, M.
Snihur, R.
Soedingrekso, J.
Soldin, D.
Song, M.
Spiczak, G. M.
Spiering, C.
Stachurska, J.
Stamatikos, M.
Stanev, T.
Stein, R.
Steinmüller, P.
Stettner, J.
Steuer, A.
Stezelberger, T.
Stokstad, R. G.
Stößl, A.
Strotjohann, N. L.
Stürwald, T.
Stuttard, T.
Sullivan, G. W.
Taboada, I.
Tenholt, F.
Ter-Antonyan, S.
Terliuk, A.
Tilav, S.
Tomankova, L.
Tönnis, C.
Toscano, S.
Tosi, D.
Trettin, A.
Tselengidou, M.
Tung, C. F.
Turcati, A.
Turcotte, R.
Turley, C. F.
Ty, B.
Unger, E.
Elorrieta, M. A. Unland
Usner, M.
Vandenbroucke, J.
Van Driessche, W.
van Eijk, D.
van Eijndhoven, N.
Vanheule, S.
van Santen, J.
Vraeghe, M.
Walck, C.
Wallace, A.
Wallraff, M.
Wandkowsky, N.
Watson, T. B.
Weaver, C.
Weindl, A.
Weiss, M. J.
Weldert, J.
Wendt, C.
Werthebach, J.
Whelan, B. J.
Whitehorn, N.
Wiebe, K.
Wiebusch, C. H.
Wille, L.
Williams, D. R.
Wills, L.
Wolf, M.
Wood, J.
Wood, T. R.
Woschnagg, K.
Wrede, G.
Xu, D. L.
Xu, X. W.
Xu, Y.
Yanez, J. P.
Yodh, G.
Yoshida, S.
Yuan, T.
Collaboration, M. Zöcklein. PICO
Amole, C.
Ardid, M.
Arnquist, I. J.
Asner, D. M.
Baxter, D.
Behnke, E.
Bressler, M.
Broerman, B.
Cao, G.
Chen, C. J.
Chowdhury, U.
Clark, K.
Collar, J. I.
Cooper, P. S.
Crisler, M.
Crowder, G.
Cruz-Venegas, N. A.
Dahl, C. E.
Das, M.
Fallows, S.
Farine, J.
Felis, I.
Filgas, R.
Girard, F.
Giroux, G.
Hall, J.
Hardy, C.
Harris, O.
Hoppe, E. W.
Jin, M.
Klopfenstein, L.
Krauss, C. B.
Laurin, M.
Lawson, I.
Leblanc, A.
Levine, I.
Lippincott, W. H.
Mamedov, F.
Maurya, D.
Mitra, P.
Moore, C.
Nania, T.
Neilson, R.
Noble, A. J.
Oedekerk, P.
Ortega, A.
Piro, M. -C.
Plante, A.
Podviyanuk, R.
Priya, S.
Robinson, A. E.
Sahoo, S.
Scallon, O.
Seth, S.
Sonnenschein, A.
Starinski, N.
Štekl, I.
Sullivan, T.
Tardif, F.
Vázquez-Jáuregui, E.
Walkowski, N.
Wichoski, U.
Yan, Y.
Zacek, V.
Zhang, J.
IceCube Collaboration
Aartsen, M. G.
Ackermann, M.
Adams, J.
Aguilar, J. A.
Ahlers, M.
Ahrens, M.
Alispach, C.
Andeen, K.
Anderson, T.
Ansseau, I.
Anton, G.
Argüelles, C.
Auffenberg, J.
Axani, S.
Backes, P.
Bagherpour, H.
Bai, X.
V., A. Balagopal
Barbano, A.
Barwick, S. W.
Bastian, B.
Baum, V.
Baur, S.
Bay, R.
Beatty, J. J.
Becker, K. -H.
Tjus, J. Becker
BenZvi, S.
Berley, D.
Bernardini, E.
Besson, D. Z.
Binder, G.
Bindig, D.
Blaufuss, E.
Blot, S.
Bohm, C.
Börner, M.
Böser, S.
Botner, O.
Böttcher, J.
Bourbeau, E.
Bourbeau, J.
Bradascio, F.
Braun, J.
Bron, S.
Brostean-Kaiser, J.
Burgman, A.
Buscher, J.
Busse, R. S.
Carver, T.
Chen, C.
Cheung, E.
Chirkin, D.
Choi, S.
Classen, L.
Coleman, A.
Collin, G. H.
Conrad, J. M.
Coppin, P.
Correa, P.
Cowen, D. F.
Cross, R.
Dave, P.
De Clercq, C.
DeLaunay, J. J.
Dembinski, H.
Deoskar, K.
De Ridder, S.
Desiati, P.
de Vries, K. D.
de Wasseige, G.
de With, M.
DeYoung, T.
Diaz, A.
Díaz-Vélez, J. C.
Dujmovic, H.
Dunkman, M.
Dvorak, E.
Eberhardt, B.
Ehrhardt, T.
Eller, P.
Engel, R.
Evenson, P. A.
Fahey, S.
Fazely, A. R.
Felde, J.
Filimonov, K.
Finley, C.
Franckowiak, A.
Friedman, E.
Fritz, A.
Gaisser, T. K.
Gallagher, J.
Ganster, E.
Garrappa, S.
Gerhardt, L.
Ghorbani, K.
Glauch, T.
Glüsenkamp, T.
Goldschmidt, A.
Gonzalez, J. G.
Grant, D.
Griffith, Z.
Griswold, S.
Günder, M.
Gündüz, M.
Haack, C.
Hallgren, A.
Halve, L.
Halzen, F.
Hanson, K.
Haungs, A.
Hebecker, D.
Heereman, D.
Heix, P.
Helbing, K.
Hellauer, R.
Henningsen, F.
Hickford, S.
Hignight, J.
Hill, G. C.
Hoffman, K. D.
Hoffmann, R.
Hoinka, T.
Hokanson-Fasig, B.
Hoshina, K.
Huang, F.
Huber, M.
Huber, T.
Hultqvist, K.
Hünnefeld, M.
Hussain, R.
In, S.
Iovine, N.
Ishihara, A.
Japaridze, G. S.
Jeong, M.
Jero, K.
Jones, B. J. P.
Jonske, F.
Joppe, R.
Kang, D.
Kang, W.
Kappes, A.
Kappesser, D.
Karg, T.
Karl, M.
Karle, A.
Katz, U.
Kauer, M.
Kelley, J. L.
Kheirandish, A.
Kim, J.
Kintscher, T.
Kiryluk, J.
Kittler, T.
Klein, S. R.
Koirala, R.
Kolanoski, H.
Köpke, L.
Kopper, C.
Kopper, S.
Koskinen, D. J.
Kowalski, M.
Krings, K.
Krückl, G.
Kulacz, N.
Kurahashi, N.
Kyriacou, A.
Labare, M.
Lanfranchi, J. L.
Larson, M. J.
Lauber, F.
Lazar, J. P.
Leonard, K.
Leszczyńska, A.
Leuermann, M.
Liu, Q. R.
Lohfink, E.
Mariscal, C. J. Lozano
Lu, L.
Lucarelli, F.
Lünemann, J.
Luszczak, W.
Lyu, Y.
Ma, W. Y.
Madsen, J.
Maggi, G.
Mahn, K. B. M.
Makino, Y.
Mallik, P.
Mallot, K.
Mancina, S.
Mariş, I. C.
Maruyama, R.
Mase, K.
Maunu, R.
McNally, F.
Meagher, K.
Medici, M.
Medina, A.
Meier, M.
Meighen-Berger, S.
Menne, T.
Merino, G.
Meures, T.
Micallef, J.
Mockler, D.
Momenté, G.
Montaruli, T.
Moore, R. W.
Morse, R.
Moulai, M.
Muth, P.
Nagai, R.
Naumann, U.
Neer, G.
Niederhausen, H.
Nowicki, S. C.
Nygren, D. R.
Pollmann, A. Obertacke
Oehler, M.
Olivas, A.
O'Murchadha, A.
O'Sullivan, E.
Palczewski, T.
Pandya, H.
Pankova, D. V.
Park, N.
Peiffer, P.
Heros, C. Pérez de los
Philippen, S.
Pieloth, D.
Pinat, E.
Pizzuto, A.
Plum, M.
Porcelli, A.
Price, P. B.
Przybylski, G. T.
Raab, C.
Raissi, A.
Rameez, M.
Rauch, L.
Rawlins, K.
Rea, I. C.
Reimann, R.
Relethford, B.
Renschler, M.
Renzi, G.
Resconi, E.
Rhode, W.
Richman, M.
Robertson, S.
Rongen, M.
Rott, C.
Ruhe, T.
Ryckbosch, D.
Rysewyk, D.
Safa, I.
Herrera, S. E. Sanchez
Sandrock, A.
Sandroos, J.
Santander, M.
Sarkar, S.
Satalecka, K.
Schaufel, M.
Schieler, H.
Schlunder, P.
Schmidt, T.
Schneider, A.
Schneider, J.
Schröder, F. G.
Schumacher, L.
Sclafani, S.
Seckel, D.
Seunarine, S.
Shefali, S.
Silva, M.
Snihur, R.
Soedingrekso, J.
Soldin, D.
Song, M.
Spiczak, G. M.
Spiering, C.
Stachurska, J.
Stamatikos, M.
Stanev, T.
Stein, R.
Steinmüller, P.
Stettner, J.
Steuer, A.
Stezelberger, T.
Stokstad, R. G.
Stößl, A.
Strotjohann, N. L.
Stürwald, T.
Stuttard, T.
Sullivan, G. W.
Taboada, I.
Tenholt, F.
Ter-Antonyan, S.
Terliuk, A.
Tilav, S.
Tomankova, L.
Tönnis, C.
Toscano, S.
Tosi, D.
Trettin, A.
Tselengidou, M.
Tung, C. F.
Turcati, A.
Turcotte, R.
Turley, C. F.
Ty, B.
Unger, E.
Elorrieta, M. A. Unland
Usner, M.
Vandenbroucke, J.
Van Driessche, W.
van Eijk, D.
van Eijndhoven, N.
Vanheule, S.
van Santen, J.
Vraeghe, M.
Walck, C.
Wallace, A.
Wallraff, M.
Wandkowsky, N.
Watson, T. B.
Weaver, C.
Weindl, A.
Weiss, M. J.
Weldert, J.
Wendt, C.
Werthebach, J.
Whelan, B. J.
Whitehorn, N.
Wiebe, K.
Wiebusch, C. H.
Wille, L.
Williams, D. R.
Wills, L.
Wolf, M.
Wood, J.
Wood, T. R.
Woschnagg, K.
Wrede, G.
Xu, D. L.
Xu, X. W.
Xu, Y.
Yanez, J. P.
Yodh, G.
Yoshida, S.
Yuan, T.
Collaboration, M. Zöcklein. PICO
Amole, C.
Ardid, M.
Arnquist, I. J.
Asner, D. M.
Baxter, D.
Behnke, E.
Bressler, M.
Broerman, B.
Cao, G.
Chen, C. J.
Chowdhury, U.
Clark, K.
Collar, J. I.
Cooper, P. S.
Crisler, M.
Crowder, G.
Cruz-Venegas, N. A.
Dahl, C. E.
Das, M.
Fallows, S.
Farine, J.
Felis, I.
Filgas, R.
Girard, F.
Giroux, G.
Hall, J.
Hardy, C.
Harris, O.
Hoppe, E. W.
Jin, M.
Klopfenstein, L.
Krauss, C. B.
Laurin, M.
Lawson, I.
Leblanc, A.
Levine, I.
Lippincott, W. H.
Mamedov, F.
Maurya, D.
Mitra, P.
Moore, C.
Nania, T.
Neilson, R.
Noble, A. J.
Oedekerk, P.
Ortega, A.
Piro, M. -C.
Plante, A.
Podviyanuk, R.
Priya, S.
Robinson, A. E.
Sahoo, S.
Scallon, O.
Seth, S.
Sonnenschein, A.
Starinski, N.
Štekl, I.
Sullivan, T.
Tardif, F.
Vázquez-Jáuregui, E.
Walkowski, N.
Wichoski, U.
Yan, Y.
Zacek, V.
Zhang, J.
Publication Year :
2019

Abstract

Adopting the Standard Halo Model (SHM) of an isotropic Maxwellian velocity distribution for dark matter (DM) particles in the Galaxy, the most stringent current constraints on their spin-dependent scattering cross-section with nucleons come from the IceCube neutrino observatory and the PICO-60 C$_3$F$_8$ superheated bubble chamber experiments. The former is sensitive to high energy neutrinos from the self-annihilation of DM particles captured in the Sun, while the latter looks for nuclear recoil events from DM scattering off nucleons. Although slower DM particles are more likely to be captured by the Sun, the faster ones are more likely to be detected by PICO. Recent N-body simulations suggest significant deviations from the SHM for the smooth halo component of the DM, while observations hint at a dominant fraction of the local DM being in substructures. We use the method of Ferrer et al. (2015) to exploit the complementarity between the two approaches and derive conservative constraints on DM-nucleon scattering. Our results constrain $\sigma_{\mathrm{SD}} \lesssim 3 \times 10^{-39} \mathrm{cm}^2$ (6 $ \times 10^{-38} \mathrm{cm}^2$) at $\gtrsim 90\%$ C.L. for a DM particle of mass 1~TeV annihilating into $\tau^+ \tau^-$ ($b\bar{b}$) with a local density of $\rho_{\mathrm{DM}} = 0.3~\mathrm{ GeV/cm}^3$. The constraints scale inversely with $\rho_{\mathrm{DM}}$ and are independent of the DM velocity distribution.<br />Comment: 9 pages, 3 figures, 1 table. To appear in Eur.Phys.J. C

Details

Database :
OAIster
Publication Type :
Electronic Resource
Accession number :
edsoai.on1363514971
Document Type :
Electronic Resource
Full Text :
https://doi.org/10.1140.epjc.s10052-020-8069-5