Cosmology and detection of the Dark Axion Portal

RESUMEN: El Fotón Oscuro y el axión son partículas ligeras y candidatos populares como Materia Oscura, por ser extensiones simples al Modelo Estándar. Cada una de ellas ha sido buscada activamente a través de sus acoplamientos llamados portal vector y portal axión. El objetivo principal de esta tesis es presentar un modelo (basado en el trabajo de Kunio Kaneta, Hye Sung Lee y Seokhoon Yun de 2017) que introduce un nuevo portal conectando el Fotón Oscuro y el axión, junto con su fenomenología, implicaciones para la cosmología y detectabilidad. Esto se hará realizando predicciones teóricas acerca de las propiedades del axión y del Fotón Oscuro tal que den cuenta de toda la Materia Oscura, siendo a su vez detectables en experimentos de búsqueda directa. La detectabilidad de los Fotones Oscuros será probada específicamente para la LBC, versión de prueba del experimento DAMIC-M, a través de simulaciones del ruido de fondo y cálculos de la señal esperada de los Fotones Oscuros en el detector de la LBC.ABSTRACT: The Dark Photon and the axion are light particles, popular candidates for Dark Matter for being simple extensions to the Standard Model. Each of them has been actively searched for through the couplings called the vector portal and the axion portal. The focal aim of this thesis is to present a model (based on the work of Kunio Kaneta, Hye-Sung Lee, and Seokhoon Yun in 2017) which introduces a new portal connecting the Dark Photon and the axion, together with its phenomenology, implications for cosmology and detectability. This will be done making theoretical predictions about the properties of the axion and Dark Photon in order for them to account for all Dark Matter while being detectable in direct search experiments. The detectability of Dark Photons will be proven in particular for the LBC, proof-of-concept for DAMIC-M experiment, through simulations of the background noise and calculations of the expected Dark Photon signal in the LBC detector.Máster en Física de Partículas y del Cosmo

Búsqueda de materia oscura en experimentos de búsqueda directa DAMIC

ABSTRACT: The framework of this work is the DAMIC-M Experiment and its proof-of-concept LBC (DAMIC-M stands for DArk MAtter in CCDs, while LBC for Low-Background Chamber). The purpose of DAMIC-M is search for Dark Matter (DM) particles by detecting nuclear or/and electrons recoils induced by light mass Dark Matter. A crucial part of this goal is a detailed knowledge of the backgrounds noise and particle identification. The understanding of this has been the main aim of work in this thesis, which can be summarized as: i) validation of DAMICG4, a tool used to simulate the interactions of particles in matter based on Monte Carlo simulations; ii) validation of psimulCCDimg, a software used to mimic the response of the DAMIC-M detector; iii) create a data base of simulated particles of different nature (mainly alpha, muons and electrons) which are used in other two Works focused on machine learning algorithm.RESUMEN: Este trabajo está enmarcado en el Experimento DAMIC-M y su prototipo LBC (DAMIC-M es un acrónimo para DArk MAtter in CCDs at Modane, mientras que LBC son las siglas para Low Background Chamber). El propósito de DAMIC-M es la búsqueda de partículas de Materia Oscura mediante la detección de los retrocesos nucleares y/o de electrones inducidos por Materia Oscura ligera. Una parte crucial para este objetivo es un conocimiento detallado de los ruidos de fondo y la identificación de partículas. La comprensión de estos ha sido el principal objetivo de este trabajo, el cual puede resumirse en: i) validación de DAMICG4, una herramienta utilizada para la simulación de las interacciones entre partículas y materia mediante simulaciones Monte Carlo; ii) validación de psimulCCDimg, software utilizado para emular la respuesta del detector de DAMIC-M; iii) creación de una base de datos de partículas simuladas de diferente naturaleza (principalmente alfas, muones y electrones) que será utilizada en otros dos trabajos dedicados al desarrollo de un algoritmo de machine learning.Grado en Físic

Seguimiento y estimación de trayectorias

Analizar el problema de seguimiento y estimación en tiempo real de las trayectorias de un conjunto de objetos con movimiento propio en un ambiente conocido, a partir de una secuencia de imágenes de video. Estudiar cada una de las etapas del sistema y los algoritmos que pueden aplicarse en cada una de ellas. En particular interesa realizar una implementación para un caso concreto utilizando técnicas de programación paralela con el objetivo de obtener tiempos de respuesta admisibles para el procesamiento en tiempo real. En este trabajo se utilizan herramientas automáticas para generar secuencias de imágenes que representen el movimiento de un conjunto de objetos durante un período de tiempo dentro de una escena ficticia. El objetivo de esto es realizar pruebas en escenarios completamente conocidos (sabiendo con exactitud los recorridos de los objetos) y así poder evaluar los resultados obtenidos por el sistema en una forma precisa. De todos modos las imágenes podrían corresponder a una escena real y ser capturadas en tiempo real para su procesamiento. A partir de la suposición de ciertas características en el movimiento de los objetos y del análisis de los recorridos realizados por éstos hasta un determinado instante, se busca obtener predicciones de sus trayectorias futuras, para determinar posibles puntos de colisión entre los diferentes objetos de la escena.Facultad de Informátic

Seguimiento y estimación de trayectorias

Analizar el problema de seguimiento y estimación en tiempo real de las trayectorias de un conjunto de objetos con movimiento propio en un ambiente conocido, a partir de una secuencia de imágenes de video. Estudiar cada una de las etapas del sistema y los algoritmos que pueden aplicarse en cada una de ellas. En particular interesa realizar una implementación para un caso concreto utilizando técnicas de programación paralela con el objetivo de obtener tiempos de respuesta admisibles para el procesamiento en tiempo real. En este trabajo se utilizan herramientas automáticas para generar secuencias de imágenes que representen el movimiento de un conjunto de objetos durante un período de tiempo dentro de una escena ficticia. El objetivo de esto es realizar pruebas en escenarios completamente conocidos (sabiendo con exactitud los recorridos de los objetos) y así poder evaluar los resultados obtenidos por el sistema en una forma precisa. De todos modos las imágenes podrían corresponder a una escena real y ser capturadas en tiempo real para su procesamiento. A partir de la suposición de ciertas características en el movimiento de los objetos y del análisis de los recorridos realizados por éstos hasta un determinado instante, se busca obtener predicciones de sus trayectorias futuras, para determinar posibles puntos de colisión entre los diferentes objetos de la escena.Facultad de Informátic

Precision measurement of Compton scattering in silicon with a skipper CCD for dark matter detection

Experiments aiming to directly detect dark matter through particle recoils can achieve energy thresholds of O ( 10     eV ) . In this regime, ionization signals from small-angle Compton scatters of environmental γ rays constitute a significant background. Monte Carlo simulations used to build background models have not been experimentally validated at these low energies. We report a precision measurement of Compton scattering on silicon atomic shell electrons down to 23 eV. A skipper charge-coupled device with single-electron resolution, developed for the DAMIC-M experiment, was exposed to a 241 Am γ -ray source over several months. Features associated with the silicon K-, L 1 -, and L 2 , 3 -shells are clearly identified, and scattering on valence electrons is detected for the first time below 100 eV. We find that the relativistic impulse approximation for Compton scattering, which is implemented in Monte Carlo simulations commonly used by direct detection experiments, does not reproduce the measured spectrum below 0.5 keV. The data are in better agreement with ab initio calculations originally developed for x-ray absorption spectroscopy.The DAMIC-M project has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme Grant Agreement No. 788137, and from NSF through Grant No. NSF PHY-1812654. The work at University of Chicago and University of Washington was supported through Grant No. NSF PHY-2110585. This work was supported by the Kavli Institute for Cosmological Physics at the University of Chicago through an endowment from the Kavli Foundation. We also thank the College of Arts and Sciences at UW for contributing the first CCDs to the DAMIC-M project. I. F. C. A. was supported by project PID2019–109829 GB-I00 funded by MCIN/ AEI /10.13039/501100011033. The Centro Atómico Bariloche group is supported by ANPCyT Grant No. PICT-2018-03069. The University of Zürich was supported by the Swiss National Science Foundation. The CCD development work at Lawrence Berkeley National Laboratory Microsystems Lab was supported in part by the Director, Office of Science, of the U.S. Department of Energy under Award No. DE-AC02-05CH11231. We thank Gerald T. Seidler for introducing us to the feff code, and thank Joshua J. Kas, Micah P. Prange, and John J. Rehr for their support with feff. We also thank Christian Sternemann for sharing his NRIXS silicon spectra

Automatizacion de pruebas de integración en arquitecturas orientadas a servicios

En arquitecturas orientadas a servicios, las pruebas de integración cumplen un papel muy importante ya que es necesario validar tanto los escenarios de prueba nuevos como los ya existentes para evitar que los nuevos desarrollos generen fallos en escenarios que ya funcionaban. Estas pruebas pueden ser manuales o automáticas. El problema con las pruebas de integración automáticas es que requieren ser desarrolladas y no es posible comenzar con su desarrollo hasta que esté avanzado el desarrollo de la funcionalidad. Esto hace que la automatización retrase la puesta en producción del nuevo desarrollo, generándole un perjuicio al negocio. Este artículo propone un framework el cual permita automatizar las pruebas de integración de aplicaciones en arquitecturas orientadas a servicios sin necesidad de que la funcionalidad de la misma se haya comenzado a desarrollar y así reducir el tiempo de la puesta en producción.Trabajos finalesSociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Automatizacion de pruebas de integración en arquitecturas orientadas a servicios

En arquitecturas orientadas a servicios, las pruebas de integración cumplen un papel muy importante ya que es necesario validar tanto los escenarios de prueba nuevos como los ya existentes para evitar que los nuevos desarrollos generen fallos en escenarios que ya funcionaban. Estas pruebas pueden ser manuales o automáticas. El problema con las pruebas de integración automáticas es que requieren ser desarrolladas y no es posible comenzar con su desarrollo hasta que esté avanzado el desarrollo de la funcionalidad. Esto hace que la automatización retrase la puesta en producción del nuevo desarrollo, generándole un perjuicio al negocio. Este artículo propone un framework el cual permita automatizar las pruebas de integración de aplicaciones en arquitecturas orientadas a servicios sin necesidad de que la funcionalidad de la misma se haya comenzado a desarrollar y así reducir el tiempo de la puesta en producción.Trabajos finalesSociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Análisis de la paralelización de un contador de objetos en imágenes binarias

Se presenta el análisis e implementación de un algoritmo de conteo de objetos en imágenes binarias, realizado sobre una arquitectura multiprocesador con 32 nodos, trabajo realizado dentro de la asignatura Procesamiento Paralelo de la Licenciatura en Informática de la UNLP. Se estudia el speed-up alcanzable en función de diversas características de las imágenes de entrada. Se analiza el ajuste del algoritmo a la configuración de la arquitectura elegida (en el cubo multiprocesador utilizado los links físicos son reprogramables) y se discute la portabilidad de la aplicación a otras arquitecturas multiprocesador. Por último se presentan los resultados obtenidos según determinadas características de la imagen de entrada (por ejemplo histograma), tratando de establecer la dependencia del tiempo de ejecución de cada uno de estos parámetros.I Workshop de Procesamiento Distribuido y Paralelo (WPDP)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Análisis de la paralelización de un contador de objetos en imágenes binarias

Se presenta el análisis e implementación de un algoritmo de conteo de objetos en imágenes binarias, realizado sobre una arquitectura multiprocesador con 32 nodos, trabajo realizado dentro de la asignatura Procesamiento Paralelo de la Licenciatura en Informática de la UNLP. Se estudia el speed-up alcanzable en función de diversas características de las imágenes de entrada. Se analiza el ajuste del algoritmo a la configuración de la arquitectura elegida (en el cubo multiprocesador utilizado los links físicos son reprogramables) y se discute la portabilidad de la aplicación a otras arquitecturas multiprocesador. Por último se presentan los resultados obtenidos según determinadas características de la imagen de entrada (por ejemplo histograma), tratando de establecer la dependencia del tiempo de ejecución de cada uno de estos parámetros.I Workshop de Procesamiento Distribuido y Paralelo (WPDP)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Seguimiento y estimación de trayectorias

Se estudia el problema de seguimiento y estimación de las trayectorias realizadas por un conjunto de entidades en movimiento en un escenario. La entrada al sistema la constituyen imágenes capturadas de la escena de interés. Se analizan las etapas del sistema y los algoritmos que deben aplicarse en cada una de ellas para un caso concreto, donde el movimiento de los objetos es rectilíneo uniforme y éstos no poseen características que permitan identificarlos entre sí. El reconocimiento de las trayectorias realizadas por los objetos se efectúa en función de las posiciones ocupadas por éstos a lo largo de la secuencia de frames buscando minimizar una función que determina la desviación de una trayectoria. Las trayectorias de cada objeto se actualizan con cada nuevo frame que ingresa al sistema. La estimación del recorrido futuro de un objeto se realiza a partir de su recorrido previo modelando el movimiento en cada uno de los ejes de coordenadas mediante una función lineal. Se presentan resultados obtenidos para un modelo de una máquina y una cámara, y se analizan extensiones del mismo para otros modelos, tipos de movimiento y arquitectura de cómputo paralelo.Eje: IV - Workshop de procesamiento distribuido y paraleloRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI