狄拉克费米子暗物质与最新数据的对比
高能物理 - 唯象学
2017-12-20 v4 高能物理 - 实验
摘要
我们研究狄拉克费米子暗物质（DM, χ^0）并与最新数据对比。为了规避来自PandaX-II、XENON1T和LUX实验的严格直接搜寻极限，狄拉克DM的量子数取为I_3=Y=0以消除树级Z交换图。圈振幅可以贡献到弹性散射截面。我们发现单圈图中存在抵消，这大大降低了截面，使得狄拉克DM在直接搜寻中可行。对于一般同位旋I，我们调查了受PandaX-II、XENON1T和LUX实验最新结果、观测到的DM遗迹密度以及H.E.S.S.和Fermi-LAT天体物理观测约束的狄拉克DM质量。研究了Sommerfeld增强效应对DM湮灭过程的影响。我们发现χ^0\barχ^0湮灭到标准模型（SM）规范玻色子的截面通常显著增强，并且Fermi-LAT、H.E.S.S.对⟨σv⟩(W^+W^-,γγ)的上限以及观测到的遗迹密度成为对狄拉克DM质量的严格约束。I<4的情况被排除，对于I≥4，狄拉克DM质量的下限被迫为≳60 TeV。对于一般I，m_χ为几十TeV的弹性散射截面发现为σ^{SI}≃I^2(I+1)^2×7×10^{-49} cm^2。预测的⟨σ(χ^0\barχ^0→Z^0Z^0, Z^0γ, γγ)v⟩和σ^{SI}是可观的，它们将有助于在不久的将来通过天体物理观测和直接搜寻来寻找DM。
引用
@article{arxiv.1708.08624,
title = {Confronting Dirac Fermionic Dark Matter with Recent Data},
author = {Chun-Khiang Chua and Gwo-Guang Wong},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.08624},
year = {2017}
}
备注
40 pages, 11 figures, references added