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暗阳光:通过来自太阳的暗光子探测暗物质

高能物理 - 唯象学 2017-10-05 v3 宇宙学与河外天体物理 高能天体物理现象 高能物理 - 实验

摘要

暗物质可能通过暗光子AA'与标准模型光子的动力学混合而与标准模型相互作用。此类暗物质会在太阳中累积并湮灭为暗光子。暗光子随后可能离开太阳并衰变为带电标准模型粒子对,这些粒子可被阿尔法磁谱仪探测。这种“暗阳光”的方向性与所有天体物理背景不同,为AMS明确发现暗物质提供了机会。我们对此情景进行了完整分析,包括暗物质湮灭的索末菲增强以及太阳磁场对信号的影响,并定义了一组截断以优化信号概率。利用已收集的三年的数据,AMS可能发现质量为1 TeV mX\lesssim m_X \lesssim 10 TeV、暗光子质量 mAO(100)m_{A'} \sim \mathcal O(100) MeV、动力学混合参数 1010ε10810^{-10} \lesssim \varepsilon \lesssim 10^{-8} 的暗物质。所提出的搜索超越了现有的束流倾倒和超新星界限,并且与直接探测互补,对弹性暗物质探测相同的参数空间区域,但在非弹性暗物质情况下可能远不止于此。

关键词

引用

@article{arxiv.1602.01465,
  title  = {Dark Sunshine: Detecting Dark Matter through Dark Photons from the Sun},
  author = {Jonathan L. Feng and Jordan Smolinsky and Philip Tanedo},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1602.01465},
  year   = {2017}
}

备注

31 Pages, 10 Figures. v2: minor revisions to match published version; v3: updated direct detection and CMB constraints and corrected decay length in code, moving the region of experimental sensitivity to values of epsilon that are lower by an order of magnitude