电弱 WIMPonium 的俘获与衰变
高能物理 - 唯象学
2022-09-20 v3 宇宙学与河外天体物理
高能天体物理现象
摘要
当 WIMP (弱相互作用大质量粒子) 暗物质的质量相对于电弱规范玻色子的质量变得足够大时，其能谱通常拥有束缚态。这些束缚态的存在通过 Sommerfeld 增强中的共振提高了湮灭率，但它们也可通过发射低能光子直接产生。本工作中，我们计算了 SU(2) 三重态暗物质 (wino) 束缚成 WIMPonium 的速率——对于相对速度 v < O(10^{-2}) 且 wino 质量高于 5 TeV 的情形，可通过单光子发射实现——并研究了这些束缚态的后续衰变。我们给出的结果适用于 wino 情形之外，例如对于居于非阿贝尔暗扇区的暗物质；其中包括在力载流子质量趋于零极限下一般暗扇区的解析俘获与跃迁速率、用于计算含大质量与无质量力载流子相互作用的哈密顿量之正能和负能本征态的高效数值程序，以及短程 Hulthen 势中束缚态形成标度律的研究。在 wino 的具体情形下，我们发现束缚态形成速率相对于直接湮灭被压低，因此仅对总湮灭率提供微小修正。由俘获过程和束缚态跃迁辐射的软光子可能允许测量暗物质的量子数；对于类 wino 暗物质，此类光子稀少，但或许可被未来结合大有效面积与低能阈的地面伽马射线望远镜观测到。
引用
@article{arxiv.1610.07617,
title = {Capture and Decay of Electroweak WIMPonium},
author = {Pouya Asadi and Matthew Baumgart and Patrick J. Fitzpatrick and Emmett Krupczak and Tracy R. Slatyer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.07617},
year = {2022}
}
备注
3rd version. An interference sign fixed and changes propagated through the paper. Topline qualitative conclusions unchanged