一种基于微观物理启发的暗物质-暗能量相互作用方法：暗区散射截面的首批限制

关于哈勃常数（$H_0$）值的观测张力推动了对替代宇宙学场景的探索，包括相互作用暗能量模型。然而，文献中研究的大多数 IDE 模型依赖于与哈勃参数成正比的唯象相互作用项（例如，$Q\propto H\rho$），这些项缺乏清晰的微观物理依据，并且常常遭受大尺度不稳定性。在这项工作中，我们提出并研究了一种“自下而上”的 IDE 模型，其中相互作用直接由粒子物理碰撞过程表述，形式为 $Q\propto\rho^2$。这种相互作用代表了暗物质与暗能量之间的可逆湮灭/产生过程，由玻尔兹曼方程驱动。我们利用背景宇宙学数据、Pantheon Plus、宇宙计时器、DESI DR2 以及来自 Planck18 的 CMB 距离先验的组合，对该模型进行了检验。我们发现该模型与数据一致，在组合分析中给出的哈勃常数为 $H_0=67.71\pm0.65$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$。无量纲相互作用速率系数被限制在很小的值，在 95% 置信水平下，上限分别为 $A < 7.586\times10^{-25}$（对于暗物质自湮灭）和 $B < 0.048$（对于暗能量自湮灭）。由于相互作用模型由膨胀率参数化，这些对 $H_0$、$A$ 和 $B$ 的限制直接转化为对单位质量热平均湮灭截面的严格限制。对耦合系数 $A$ 的约束意味着，如果存在这种碰撞相互作用，有效的暗物质单位质量湮灭截面相对于宇宙膨胀率被高度抑制。相比之下，由 $B$ 控制的相应暗能量贡献，在无量纲单位中仅被限制在百分之几的水平。