评估 PINGU 对暗物质-核子有效相互作用的灵敏度

我们计算了下一代中微子望远镜对定义（自旋 1/2）暗物质（DM）-核子相互作用的非相对论有效理论的 28 个（同位旋标量与同位旋矢量）耦合常数的灵敏度。我们以拟议的 Precision IceCube Next Generation Upgrade（PINGU）作为基准探测器，尽管我们的结果对任何具有类似有效体积的其他中微子望远镜也成立。我们将 PINGU 的灵敏度表示为 DM 质量-耦合常数平面上的 $5\sigma$ 灵敏度等高线，并将我们的灵敏度等高线与我们从当前 IceCube/DeepCore 暗物质搜索零结果的重新分析所获得的相同耦合常数的 90% C.L. 排除极限进行比较。我们发现 PINGU 不仅能有效探测典型的自旋无关和自旋相关 DM-核子相互作用，还能探测产生相干增强的 DM-核散射截面的速度依赖或动量依赖相互作用。我们还发现，当 $b\bar{b}$ 是主导的 DM 湮灭通道时，PINGU 的 $5\sigma$ 灵敏度等高线显著低于当前 IceCube/DeepCore 的 90% C.L. 排除极限。这一结果显示了在探测产生软中微子能谱的模型时降低实验能量阈值的重要性，并且无论假设的 DM-核子相互作用如何以及此处测试的所有 DM 质量下均成立。当 DM 主要湮灭为 $\tau\bar{\tau}$ 时，类 PINGU 探测器将改善当前对低于 $35$ GeV 的 DM 质量的排除极限，与假设的 DM-核子相互作用无关。