原子对一般暗物质-电子相互作用的响应
高能物理 - 唯象学
2020-08-20 v2 宇宙学与河外天体物理
摘要
在现代宇宙学的主导范式下，约80%的宇宙物质成分由假想的、尚未被探测到的粒子组成。这些粒子不在任何可观测波长上发射或吸收辐射，因而构成宇宙所谓的暗物质（DM）成分。探测构成银河系DM成分的粒子是天体粒子物理乃至基础科学的主要挑战之一。实现这一目标的一个有前景的途径是在低本底深地下探测器中搜寻罕见的DM-电子相互作用。解释该搜寻的关键在于探测器材料对以电子波函数重叠积分定义的基本DM-电子相互作用的响应。本工作中，我们计算了运行中的DM搜寻实验所用原子氩和氙靶对一般的、迄今未被探索的DM-电子相互作用的响应。我们发现原子通过DM-电子散射被电离的速率一般可用四种独立的原子响应表示，其中三种为我们首次确认。我们发现新的原子响应在多种情形下数值上十分重要，我们利用有效理论方法对其进行了识别与深入研究。随后，利用我们的原子响应，基于使用氩和氙靶的DM搜寻实验的零结果，对广泛范围的DM-电子相互作用强度设定了90%置信水平（C.L.）排除限。
引用
@article{arxiv.1912.08204,
title = {Atomic responses to general dark matter-electron interactions},
author = {Riccardo Catena and Timon Emken and Nicola A. Spaldin and Walter Tarantino},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.08204},
year = {2020}
}
备注
30 pages, 10 figures. Code available at https://github.com/temken/DarkARC and https://doi.org/10.5281/zenodo.3581334 . v2: matches published version