亚 GeV 暗物质的直接探测与互补约束

寻找深地下探测器中核反冲的传统暗物质直接搜寻，对于轻暗物质粒子几乎完全丧失灵敏度，因而面临挑战。因此，学界正大力设计新方法和实验以克服这些困难，不断推低以此方式可探测的暗物质质量下限。从模型构建角度看，鉴于对撞机搜寻对接触型相互作用施加了极严格的限制，亚 GeV 暗物质在核子上的散射本质上必须通过新的轻媒介粒子进行。在此我们给出标量媒介情形下相关限制的更新汇编，包括对 NA62 实验近未来灵敏度的新估计，以及来自大爆炸核合成的具体模型限制的详细评估。我们还推导了经宇宙线向上散射的 DM 粒子的更新且更普适的限制，适用于散射截面的任意能量与动量依赖关系。最后我们强调，超越常见 s 波近似评估的暗物质自相互作用，独立于暗物质产生机制施加了严格限制。在相关参数空间中，这些限制总体上可与通常研究的冻结出况情形中的限制相比拟。我们得出结论：来自加速器与天体物理的现有（或预期）约束，加上宇宙学要求，对最大可能的核散射率施加了稳健限制。在大部分参数空间区域，这些限制至少与当前计划中的直接探测实验的最佳预期限制相当。