Detection Prospects for Majorana Fermion WIMPless Dark Matter

We consider both velocity-dependent and velocity-independent contributions to spin-dependent (SD) and spin-independent (SI) nuclear scattering (including one-loop corrections) of WIMPless dark matter, in the case where the dark matter candidate is a Majorana fermion. We find that spin-independent scattering arises only from the mixing of exotic squarks, or from velocity-dependent terms. Nevertheless (and contrary to the case of MSSM neutralino WIMPs), we find a class of models which cannot be detected through SI scattering, but can be detected at IceCube/DeepCore through SD scattering. We study the detection prospects for both SI and SD detection strategies for a large range of Majorana fermion WIMPless model parameters.Comment: 14 pages, 3 figures. v2: updated to match published versio

Nanoseismic monitoring for detection of rockfalls. Experiments in quarry areas

Le frane per crollo da ammassi rocciosi fratturati sono tra i processi di instabilità gravitativa che più frequentemente interessano opere antropiche quali tagli su versanti naturali o artificiali, pareti di cava, trincee stradali, autostradali o ferroviarie, sia per ciò che attiene le aree di distacco che per quelle di accumulo. Nell’ambito dell’applicazione di sistemi di early warning per la gestione del rischio geologico legato a queste tipologie di frana, una sperimentazione della tecnica del monitoraggio nanosismometrico è stata effettuata presso due siti estrattivi non più in attività: le “Pirrere” della Baia di Cala Rossa sull’isola di Favignana (Trapani), in Sicilia, e la cava dismessa di Acuto (Frosinone), in Italia Centrale. Il monitoraggio nanosismometrico è una tecnica di indagine che consente di individuare e localizzare deboli eventi sismici, fino a magnitudo locale (ML) nell’ordine di -3, attraverso l’impiego di quattro sensori sismometrici disposti secondo una specifica geometria di array detta SNS (Seismic Navigation System). Nel presente lavoro, mediante il software NanoseismicSuite sono stati analizzati 73 eventi di crollo indotti artificialmente attraverso la caduta controllata di blocchi di roccia nei due siti estrattivi abbandonati; sono stati lanciati, simulando fenomeni di rockfalls, rispettivamente 47 blocchi di roccia nella cava di Acuto e 26 eventi in quattro diverse cave a cielo aperto presenti nel settore occidentale di Cala Rossa. Tali eventi, avendo punto epicentrale noto, hanno permesso di determinare il miglior modello di sottosuolo in termini di valori di velocità delle onde P ed S attraverso un’operazione di back analysis. L’analisi è stata, infatti, effettuata variando i valori di velocità e scegliendo quelli relativi all’epicentro teorico ottenuto dall’analisi dell’evento che fosse il più vicino possibile al punto reale di impatto del blocco di roccia. Al fine di valutare la sensibilità della geometria dell’array SNS e l’influenza del sito di installazione sulla capacità di individuare e localizzare gli eventi, le sperimentazioni sono state condotte sia variando il raggio di apertura che la zona di installazione degli array: presso Acuto le acquisizioni di segnale sono state condotte prima con un array SNS con apertura di 20 m e successivamente con un array di apertura 10 m, mentre presso Cala Rossa l’array è stato installato alternativamente all’aperto in un’area di plateau roccioso ed in una galleria facente parte dell’area di cava abbandonata. Analizzando i dati si è ottenuta una precisione dell’ubicazione epicentrale compresa tra il 10 ed il 22% della distanza che intercorre tra la sorgente e l’array nanosismometrico. Il miglior modello di sottosuolo ottenuto per entrambi i casi di studio è risultato avere una velocità delle onde P pari a 900 m/s ed un rapporto VP/VS pari a 1.73, valori in accordo con le condizioni di intenso stato di fratturazione delle rocce carbonatiche affioranti nelle due zone di cava. Per gli eventi di crollo indotti la magnitudo ML è risultata essere compresa tra -2.8 e -1.3; considerando l’energia sviluppata dall’impatto, legata alla massa del blocco ed all’altezza e alla velocità di caduta, non è stato possibile definire una relazione tra magnitudo ed energia, probabilmente a causa delle differenti caratteristiche del punto di impatto dei diversi blocchi. In generale, si è osservato che la precisione di ubicazione degli eventi, in termini di azimuth e distanza dal reale epicentro, è risultata paragonabile sia variando l’apertura dell’array che variando il sito di installazione. Per il sito sperimentale di Acuto, il processo di picking manuale del tempo di primo arrivo delle onde P è risultato essere più affidabile nel caso di array con apertura pari a 10 m. La sperimentazione effettuata a Cala Rossa ha permesso, invece, di osservare una migliore capacità di individuazione degli eventi nelle tracce relative all’array posizionato in galleria a causa della minore rumorosità di base del sito di installazione. Tra le registrazioni sismometriche sono state identificate varie tipologie di segnali, oltre a quelli generati dal lancio dei blocchi, alcune riconducibili ad eventi naturali di crollo altre a deboli terremoti. L’analisi dei segnali riferibili alla prima tipologia di eventi naturali, effettuata tenendo in considerazione i modelli di sottosuolo precedentemente calibrati, ha portato all’identificazione in ambedue i siti di aree aventi maggiore suscettibilità a frane per crollo. In definitiva, si può ritenere che i risultati ottenuti in questo studio siano incoraggianti rispetto all’efficacia della tecnica di monitoraggio nanosismometrico nell’individuazione e nell’ubicazione di fenomeni di crollo in roccia e portano a ritenere questa tecnica potenzialmente applicabile in aree in cui tali eventi possono interferire con infrastrutture antropiche.In the frame of early warning and risk mitigation studies for landslide processes involving rock masses, two quarry areas (Cala Rossa Bay in Sicily and Acuto in Central Italy) were monitored with SNS (Seismic Navigation System) arrays. In this study, 73 rockfalls were simulated by launches of rock blocks. This allowed to perform a back analysis for defining the best seismic velocity model of the subsoil half-space; the records related to each impact caused by the rock block launch were managed by the nanoseismic monitoring approach, varying the velocity model to obtain a theoretical epicentre as close as possible to the actual location of the impact point. In order to evaluate the sensibility of the SNS array, the results obtained by different array apertures and positions were compared in terms of azimuth and distance error with respect to the real epicentres. On the other hand, several natural rockfalls were detected; their analysis allowed to identify areas having higher susceptibility to rockfalls by using the previously calibrated subsoil half-space model. Further studies are required to better define the areas prone to rockfall generation in the considered test sites; nevertheless, the here obtained results show an encouraging perspective about the application of the nanoseismic monitoring with respect to vulnerable infrastructures in rockfall prone areas

Absolute Magnitude Calibration for Red Giants based on the Colour-Magnitude Diagrams of Galactic Clusters. III-Calibration with 2MASS

We present two absolute magnitude calibrations, $M_{J}$ and $M_{K_s}$, for red giants with the colour magnitude diagrams of five Galactic clusters with different metallicities i.e. M92, M13, M71, M67, and NGC 6791. The combination of the absolute magnitudes of the red giant sequences with the corresponding metallicities provides calibration for absolute magnitude estimation for red giants for a given colour. The calibrations for $M_{J}$ and $M_{K_s}$ are defined in the colour intervals $1.3\leq(V-J)_{0}\leq2.8$ and $1.75 \leq (V-K_{s})_{0}\leq 3.80$ mag, respectively, and they cover the metallicity interval $-2.15 \leq \lbrack Fe/H \rbrack \leq +0.37$ dex. The absolute magnitude residuals obtained by the application of the procedure to another set of Galactic clusters lie in the intervals $-0.08<\Delta M_{J}\leq +0.34$ and $-0.10< \Delta M_{K_s}\leq +0.27$ mag for $M_{J}$ and $M_{K_s}$, respectively. The means and standard deviations of the residuals are $= 0.137$ and $\sigma_{M_J}=0.080$, and $=0.109$ and $\sigma_{M_{K_{s}}}=0.123$ mag. The derived relations are applicable to stars older than 4 Gyr, the age of the youngest calibrating cluster.Comment: 20 pages, including 8 figures and 22 tables, accepted for publication in PASA. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1206.275

Cosmogenic activation of materials used in rare event search experiments

We evaluate the cosmogenic production rates in some materials that are commonly used as targets and shielding/supporting components for detecting rare events. The results from Geant4 simulations and the calculations of ACTIVIA are compared with the available experimental data. We demonstrate that the production rates from the Geant4-based simulations agree with the available data reasonably well. As a result, we report that the cosmogenic production of several isotopes in various materials can generate potential backgrounds for direct detection of dark matter and neutrinoless double-beta decay