激发态暗物质的新视角：对 INTEGRAL、PAMELA/ATIC/PPB-BETS、DAMA 的启示

我们表明，如果存在一组具有特殊谱的暗物质态 $\chi_0$、$\chi_1$ 和 $\chi_2$，其质量分别为 $M_0 \sim 500$ GeV、$M_1 < M_0 + 2 m_e$ 和 $M_2 = M_1 + \delta M > M_0 + 2 m_e$，那么 INTEGRAL/SPI 观测到的 511 keV 伽马射线超出可以更稳健地通过银河系中心的激发态暗物质来解释。小的质量劈裂 $\delta M$ 应小于 $\sim 100$ keV。此外，我们要求至少存在两个（最好是三个）质量约为 100 MeV 的新规范玻色子。在这种谱下，$\chi_1$ 是稳定的，但可以通过银河系中心附近的低速暗物质散射被激发到 $\chi_2$，这种散射由于两个 100 MeV 规范玻色子交换而得到索末菲增强。激发态 $\chi_2$ 衰变为 $\chi_0$ 和非相对论性的 $e^+e^-$，该过程由第三个规范玻色子介导，后者与光子和 $Z$ 玻色子混合。尽管如此小的 100 keV 劈裂已被独立提出用于通过非弹性暗物质机制解释 DAMA 的年调制信号，但 $\chi_1$ 的稳定性（因此与标准模型隔离）意味着我们的场景无法解释 DAMA 信号。然而，它可以通过银河系中的暗物质湮灭来解释 PAMELA/ATIC 的正电子超出，并且与先前提出的模型相比，它提供了在 ATIC 谱中出现更尖锐特征的可能性。数据与三个新规范玻色子一致，其耦合自然适合一个破缺的 SU(2) 规范理论，其中暗物质是 SU(2) 的三重态。我们提出了一个简单模型，其中 SU(2) 被新的希格斯三重态和五重态真空期望值破缺，从而产生正确的暗物质谱，并使其中一个新规范玻色子与光子和 $Z$ 玻色子混合。暗物质与重 $Z'$ 玻色子的耦合可能也是获得正确的遗迹密度和 PAMELA/ATIC 信号所必需的。