Analytic approach to axion-like-particle emission in core-collapse supernovae

We investigate the impact of a presumed axion-like-particle (ALP) emission in a core-collapse supernova explosion on neutrino luminosities and mean energies employing a relatively simple analytic description. We compute the nuclear Bremsstrahlung and Primakoff axion luminosities as functions of the protoneutron star (PNS) parameters and discuss how the ALP luminosities compete with the neutrino emission, modifying the total PNS thermal energy dissipation. Our results are publicly available in the python package ARtiSANS, which can be used to compute the neutrino and axion observables for different choices of parameters.Comment: 8 pages, 8 figures; ARtiSANS code available at https://github.com/anafoguel/ARtiSANS ; v2: new section discussing the validity of the analytic approximation; matches version published at Astropart. Phy

(In)Visible signatures of the minimal dark abelian gauge sector

In this paper we study the present and future sensitivities of the rare meson decay facilities KOTO, LHCb and Belle II to a light dark sector of the minimal dark abelian gauge symmetry where a dark Higgs $S$ and a dark photon $Z_D$ have masses $\lesssim 10$ GeV. We have explored the interesting scenario where $S$ can only decay to a pair of $Z_D$'s and so contribute to visible or invisible signatures, depending on the life-time of the latter. Our computations show that these accelerator experiments can access the dark Higgs (mass and scalar mixing) and the dark photon (mass and kinetic mixing) parameters in a complementary way. We have also discussed how the CMS measurement of the SM Higgs total decay width and their limit on the Higgs invisible branching ratio can be used to extend the experimental reach to dark photon masses up to $\sim 10$ GeV, providing at the same time sensitivity to the gauge coupling associated with the broken dark abelian symmetry.Comment: 33 pages, 11 figure

Exploring low-energy neutrino physics with the Coherent Neutrino Nucleus Interaction Experiment

The Coherent Neutrino-Nucleus Interaction Experiment (CONNIE) uses low-noise fully depleted charge-coupled devices (CCDs) with the goal of measuring low-energy recoils from coherent elastic scattering ( CE ν NS ) of reactor antineutrinos with silicon nuclei and testing nonstandard neutrino interactions (NSI). We report here the first results of the detector array deployed in 2016, considering an active mass 47.6 g (eight CCDs), which is operating at a distance of 30 m from the core of the Angra 2 nuclear reactor, with a thermal power of 3.8 GW. A search for neutrino events is performed by comparing data collected with the reactor on (2.1 kg-day) and reactor off (1.6 kg-day). The results show no excess in the reactor-on data, reaching the world record sensitivity down to recoil energies of about 1 keV (0.1 keV electron equivalent). A 95% confidence level limit for new physics is established at an event rate of 40 times the one expected from the standard model at this energy scale. The results presented here provide a new window to low-energy neutrino physics, allowing one to explore for the first time the energies accessible through the low threshold of CCDs. They will lead to new constraints on NSI from the CEνNS of antineutrinos from nuclear reactors.Fil: Aguilar Arevalo, Alexis. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Bertou, Xavier Pierre Louis. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Bonifazi, Carla Brenda. Universidade Federal do Rio de Janeiro; Brasil. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Cancelo, Gustavo Indalecio. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados UnidosFil: Castañeda, Alejandro. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Cervantes Vergara, Brenda. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Chavez, Claudio. Universidad Nacional de Asunción; ParaguayFil: D’Olivo, Juan C.. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Dos Anjos, João C.. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Estrada, Juan. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados UnidosFil: Fernandes Neto, Aldo R.. Centro Federal de Educacão Tecnológica Celso Suckow Da Fonseca; BrasilFil: Fernández Moroni, Guillermo. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Universidad Nacional del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Foguel, Ana. Universidade Federal do Rio de Janeiro; BrasilFil: Ford, Richard. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados UnidosFil: Gonzalez Cuevas, Juan. Universidad Nacional de Asunción; ParaguayFil: Hernández, Pamela. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Hernandez, Susana. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados UnidosFil: Izraelevitch, Federico Hernán. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kavner, Alexander R.. University of Michigan; Estados UnidosFil: Kilminster, Ben. Universitat Zurich; SuizaFil: Kuk, Kevin. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados UnidosFil: Lima, H.P.. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Makler, Martín. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Molina, Jorge. Universidad Nacional de Asunción; ParaguayFil: Mota, Philipe. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Nasteva, Irina. Universidade Federal do Rio de Janeiro; BrasilFil: Paolini, Eduardo Emilio. Universidad Nacional del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; ArgentinaFil: Romero, Carlos. Universidad Nacional de Asunción; ParaguayFil: Sarkis, Y.. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Sofo Haro, Miguel Francisco. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; Argentina. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnol.conicet - Patagonia Norte. Unidad de Adm.territorial; ArgentinaFil: Souza, Iruatã M. S.. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Tiffenberg, Javier Sebastian. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Wagner, Stefan. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; Brasil. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro; Brasi

Search for coherent elastic neutrino-nucleus scattering at a nuclear reactor with CONNIE 2019 data

The Coherent Neutrino-Nucleus Interaction Experiment (CONNIE) is taking data at the Angra 2 nuclear reactor with the aim of detecting the coherent elastic scattering of reactor antineutrinos with silicon nuclei using charge-coupled devices (CCDs). In 2019 the experiment operated with a hardware binning applied to the readout stage, leading to lower levels of readout noise and improving the detection threshold down to 50 eV. The results of the analysis of 2019 data are reported here, corresponding to the detector array of 8 CCDs with a fiducial mass of 36.2 g and a total exposure of 2.2 kg-days. The difference between the reactor-on and reactor-off spectra shows no excess at low energies and yields upper limits at 95% confidence level for the neutrino interaction rates. In the lowest-energy range, 50-180 eV, the expected limit stands at 34 (39) times the standard model prediction, while the observed limit is 66 (75) times the standard model prediction with Sarkis (Chavarria) quenching factors.Comment: 23 pages, 14 figure

Nova Física com Mediadores Leves

Among the possible beyond the Standard Model (SM) extensions, the addition of a new abelian U(1) gauge group is one of the most minimal and simple models that one can think of. In the secluded scenario, the dark vector boson associated with the extra symmetry interacts with the SM sector via a kinetic mixing term with the hypercharge gauge boson, whereas for the generic case we can also afford direct couplings to the SM fermions. In this dissertation we focus on two different studies concerning the U(1) gauge extension. In the first one, following the vector meson dominance approach, we computed, for the first time, vector boson decays into almost arbitrary hadronic final states. The effects of our hadronic improvements lead to substantial modifications on the dark boson decay widths, branching ratios and even on the experimental bounds for some cases. We provide the results of our hadronic implementation in the publicly available python package DeLiVeR. In the second part of this dissertation, we consider an ultraviolet completion to the U(1) extension where a new scalar singlet that mixes with the SM-like Higgs boson and generates the dark boson mass is added. We study the electroweak precision test constraints of such a model as well as the phenomenological implications of two different kind of searches. In the first one, we simulate the signal of the higgs decay into two dark photons, which in turn decay into muons, in order to obtain the ATLAS and CMS bounds on the model parameter space. In the second, we constrain the scalar mixing angle by considering the branching ratio of the invisible kaon decay into a pion as limited by the KOTO experiment.Dentre as possíveis extensões além do Modelo Padrão, a adição de um novo grupo de gauge abeliano U(1) é um dos modelos mais mínimos e simples que se poderia imaginar. No cenário dito oculto, o bóson vetorial escuro associado à simetria extra interage com o setor do MP através de um termo de mistura cinética com o bóson medidor da hipercarga, enquanto que para o caso genérico também podemos permitir acoplamentos diretos com os férmions do MP. Nesta dissertação, iremos focar em dois estudos diferentes relacionados a esta extensão U(1). No primeiro, seguindo a abordagem do modelo VMD (vector meson dominance), nós calculamos, pela primeira vez, os decaimentos de bósons vetoriais em estados finais hadrônicos praticamente arbitrários. Os efeitos das melhorias no cálculo hadrônico resultam em modificações substanciais nas larguras de decaimento e nas razões de ramificação do bóson escuro, até mesmo podendo afetar os limites experimentais em certos casos. Os resultados de nossa implementação hadrônica podem ser encontrados no pacote em python DeLiVeR que foi disponibilizado publicamente. Na segunda parte desta dissertação, nós consideramos uma realização ultravioleta para a extensão U(1) em que um novo singleto escalar que se mistura com o bóson de Higgs do MP e gera a massa do bóson escuro é adicionado. Nós estudamos as restrições dos testes de precisão eletrofracos em tal modelo, bem como as implicações fenomenológicas de dois tipos diferentes de buscas experimentais. Na primeira, nós simulamos o sinal do decaimento do Higgs em dois fótons escuros, que por sua vez decaem em muons, para obter os limites dos experimentos ATLAS e CMS no espaço de parâmetros do modelo. Na segunda, restringimos o ângulo de mistura escalar através da razão de ramificação do decaimento invisível do kaon em um píon, conforme limitado pelo experimento KOTO

Por uma análise das relações entre a segurança energética e a defesa

Os eventos – políticos e econômicos – relacionados às duas crises do petróleo nos anos 70 colocaram em evidência a situação de vulnerabilidade em que os Estados importadores encontravam-se no que concerne ao fornecimento de energia. Ademais, tais episódios reforçam a ideia de que a disputa por combustíveis fósseis pode ser entendida como fonte de desentendimentos entre os principais atores das relações internacionais e, portanto, poderia ser considerada, por vezes, uma ameaça à Segurança Internacional. Desde então, diante de tal cenário, pode-se observar inúmeras iniciativas, tanto no âmbito doméstico, quanto no âmbito multilateral, em prol do desenvolvimento de políticas que sejam capazes de mitigar tais vulnerabilidades. De forma geral, do ponto de vista estatal, as políticas energéticas visam assegurar a segurança da demanda, para os países exportadores, e a segurança energética, para os países importadores, e do próprio sistema energético, configurando-se, um dos pilares da segurança nacional.As discussões sobre o alargamento do conceito de segurança promovidas no contexto pós Guerra Fria trazem novos elementos às discussões tradicionais e, por conseguinte, levam a criação do conceito de Segurança Energética. Embora tal arcabouço venha ganhando espaço nos debates acadêmicos, no Brasil, poucos estudos lançam mão das definições teóricas/conceituais desenvolvidas por esta subárea de estudos. No entanto, julgamos que tal aporte teórico, quando associado às proposições da nova economia institucional (NEI), podem se configuram como uma ferramenta analítica para a compreensão dos limites da política energética e defesa em especial após a descoberta do pré-sal. Nas linhas que seguem, propomos apresentar os resultados de tal intento

(In)Visible signatures of the minimal dark abelian gauge sector

Abstract In this paper we study the present and future sensitivities of the rare meson decay facilities KOTO, LHCb and Belle II to a light dark sector of the minimal dark abelian gauge symmetry where a dark Higgs S and a dark photon Z D have masses ≲ 10 GeV. We have explored the interesting scenario where S can only decay to a pair of Z D ’s and so contribute to visible or invisible signatures, depending on the life-time of the latter. Our computations show that these accelerator experiments can access the dark Higgs (mass and scalar mixing) and the dark photon (mass and kinetic mixing) parameters in a complementary way. We have also discussed how the CMS measurement of the SM Higgs total decay width and their limit on the Higgs invisible branching ratio can be used to extend the experimental reach to dark photon masses up to ~ 10 GeV, providing at the same time sensitivity to the gauge coupling associated with the broken dark abelian symmetry

New Limits on Leptophilic Axionlike Particles and Majorons from ArgoNeuT

Axionlike particles are among the most studied extensions of the standard model. In this Letter we study the bounds that the ArgoNeuT experiment can put on the parameter space of two specific scenarios: leptophilic axionlike particles and Majorons. We find that such bounds are currently the most constraining ones in the (0.2 - 1.7) GeV mass range.Comment: 8 pages, 4 figures; v2: extended discussion of the analysis and new appendices; matches version published at PR