Interacciones de la materia oscura dependientes e independientes del espín

¿Qué se entiende por interacciones dependientes e independientes del espín de la materia oscura con los núcleos?

Los núcleos y los átomos tienen espines, al igual que las partículas libres, los protones, los electrones y los fotones en el entorno espacial.

Esta declaración asume que una partícula elemental aún no descubierta es lo que constituye la materia oscura, los axiones o WIMPS . La sección transversal de interacción será diferente si la partícula de materia oscura es un axión, que tiene giro 0, o uno de los WIMPS que podría tener un giro diferente a cero.

PICASSO es predominantemente sensible a las interacciones dependientes del espín de los WIMP con los átomos de flúor.

Entonces, la dependencia o independencia del espín se modela matemáticamente y se verifica con datos, en los diversos experimentos.

A las velocidades típicas de los WIMP en relación con el detector de DM (del orden de los 300 km/s), todo el núcleo caerá dentro de una longitud de onda de De Broglie. La amplitud de la sección transversal de dispersión es entonces la suma de las amplitudes de la interacción con todos los nucleones por separado. Si las interacciones son independientes del espín, esto significa que la amplitud es proporcional al número de nucleones.

Sin embargo, en el caso de una interacción dependiente del espín, la amplitud cambia de signo si inviertes el espín de un nucleón. Luego, dado que los nucleones en un núcleo tienen espines alternos, la contribución a la amplitud total de diferentes nucleones se cancelará, dejándote con un total que, dependiendo del espín total, puede ser del mismo orden que el de la dispersión de un solo nucleón. o puede ser casi cero.

La sección transversal total es proporcional al cuadrado de la amplitud, por lo que puede ser mucho mayor para las interacciones de WIMPS independientes del espín con núcleos pesados.