Neutrino interactions beyond the standard model at dark matter experiments with solar neutrinos

Nötrinolar, yalnızca zayıf etkileşme yoluyla maddeyle etkileşen ve kütlelerinin çok küçük olması nedeniyle doğrudan tespiti son derece güç olan temel parçacıklardır. Standart Model (SM) çerçevesinde başlangıçta kütlesiz olarak kabul edilen nötrinoların deneyselolarak gözlemlenen salınımları, bu parçaçıkların sıfır olmayan kütlelere sahib olduğunu ortaya koymakta ve dolayısıyla SM'in eksikliğine işaret eden önemli bir gösterge sunmaktadır. Nötrino kütlelerinin kökeni ve doğası, parçacık fiziğinde açık bir problem olarak varlığını sürdürmekte ve yeni fizik senaryolarının geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu tez çalışması, SM ötesi çeşitli etkileşme senaryolarını düşük enerjili güneş nötrinoların maddeyle olan etkileşmeleri üzerinden, özellikle karanlık maddenin doğrudan tespiti amacıyla inşa edilmiş deneylerin güncel verileri kullanılarak araştırmayı amaçlamaktadır.Güneş nötrinoları, bu deneylerde yalnızca önemli bir arkaplan kaynağı olmakla kalmayıp, aynı zamanda yeni fizik etkileşmelerini test etmek için doğal ve sürekli bir nötrino kaynağı olarak da işlev görmektedir. Dolayısıyla, güneş nötrino kaynaklı olayların detaylı biçimde modellenmesi, karanlık madde-nükleon saçılmalarına dair potansiyel sinyallerin ayrıştırılmasında kritik rol oynamaktadır. Bu bağlamda üç temel SM ötesi etkileşme mekanizması ele alınmıştır: (i) hafif aracı bozonlar aracılığıyla gerçekleşen yeni etkileşmeler, (ii) aktif-sterile nötrino geçiş manyetik momenti üzerinden elektromanyetik saçılma süreçleri ve (iii) yüklü Higgs bozonlarının katkı sağladığı yeni skaler etkileşmeler. Hafif aracı bozon modelleri, minimal yeni alan içeren genişletilmiş senaryoların düşük enerjili limitlerini temsil eder ve burada, özellikle anomali içermeyen U (1)′ uzantıları dikkate alınmıştır. Aktif-sterile nötrino geçiş manyetik momenti senaryosu kapsamında, akrif nötrinolar ile sterile nötrino arasındaki dipol etkileşmeler ele alınmıştır. Bu tür etkileşmeler, nötrinoların madde içerisindeki elektromanyetik alanlarla saçılmasına ve bunun sonucunda sterile nötrinoların üretimine olanak tanımaktadır. Bu mekanizma, özellikle kısa-tabanlı nötrino salınım deneylerinde gözlemlenen anomalilerin açıklanmasında öne çıkan alternatif yaklaşımlardan biridir. Son senaryo olarak üçlü-Higgs modelinde ortaya çıkan ve Majorana nötrino kütlelerini ağaç seviyesinde üretebilen yüklü Higgs bozonu dikkate alınarak nötrino saçılma sürecine katkıları incelenmiştir. SM ötesi bu senaryolar, güneş nötrinolarıyla gerçekleşen elastik nötrino-elektron saçılması ve koherent elastik nötrino-çekirdek saçılması süreçleri çerçevesinde incelenmiştir. Güneş nötrinolarının çeşni dönüşümleri hesaba katılarak, güncel düşük enerjili karanlık madde deneylerinden (CDEX-10, PandaX-4T ve XENONnT) elde edilen veri setleriyle istatistiksel analizler gerçekleştirilmiş ve ilgili model parametreleri üzerine üst sınırlar türetilmiştir. Elde edilen sınırlar, literatürde mevcut olan sonuçlarla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiş ve birçok senaryo için daha sıkı kısıtlamalar sağlandığı gösterilmiştir. Bu bulgular, özellikle düşük enerjili hassas ölçümlerin, yeni etkileşmeleri araştırmak adına yüksek potansiyele sahip olduğunu ortaya koymaktadır.