与重子相互作用的暗物质：地球内的密度分布及相互作用截面的新约束
摘要
对于质量在0.6 - 6 m_p范围内的暗物质(DM)粒子，我们对其与寻常重子物质散射的相互作用截面设定了严格约束。这些约束源于认识到此类粒子可被地球俘获并在地球内达到热化，从而导致与重子相互作用的DM大量累积和集中。此处，我们讨论地球截获的DM被俘获的概率、地球寿命内由此累积的DM粒子数、面对蒸发时保留的此类粒子比例，以及此类粒子在地球内的密度分布。在后一背景下，我们注意到Gould和Raffelt提出并随后应用于太阳中DM的密度分布处理与流体静力平衡考量不一致。我们的分析给出了地球表面DM粒子密度的估计，在所考虑的质量范围内可能超过1.E+14 cm-3。基于我们对地球表面DM密度的确定，我们通过四点考量推导了对散射截面的约束：(1) 大型强子对撞机(LHC)上相对论质子束的寿命；(2) 低地球轨道(LEO)航天器的轨道衰减；(3) 良好绝热储存杜瓦中低温液体的汽化速率；以及(4) 地壳的热导率。作为我们结果的一个示例应用，我们表明，对于Barkana最近对EDGES报道的异常深21 cm吸收的原始解释中所援引的散射截面，0.6 - 4 m_p质量范围内的DM粒子被排除。
引用
@article{arxiv.1805.08794,
title = {Dark Matter that Interacts with Baryons: Density Distribution within the Earth and New Constraints on the Interaction Cross-section},
author = {David A. Neufeld and Glennys R. Farrar and Christopher F. McKee},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.08794},
year = {2018}
}
备注
Accepted for publication in ApJ. This version has several minor changes to improve clarity. A new appendix had been added to justify our treatment of the dark matter density distribution within the Earth, where we note that a previous analysis of the density distribution of DM in the Sun by Gould and Raffelt is inconsistent with considerations of hydrostatic equilibrium