暗物质的直接探测与宇宙学约束：暗偶极子

我们研究了一种由暗偶极子耦合而产生的费米性暗物质候选者，这种暗物质通过大质量暗光子介导的电偶极子和磁偶极子耦合作用与标准模型粒子相互作用。这种偶极子通道在暗子系统中自然产生，其中暗物质在隐藏的 $U(1)_D$ 下是中性的，它们导致与传统向量-电流相互作用的不同现象学。我们考虑了包括 Migdal 效应在内的暗物质-原子核散射引起的直接探测信号，暗物质-电子散射，以及半导体靶标，这些都允许对亚 GeV 暗物质质量进行灵敏度检测，同时也考虑了来自热力学残留量、宇宙微波背景、大爆炸核合成和宇宙线的宇宙学约束。我们发现，暗偶极子耦合可以通过直接探测（特别是电偶极子耦合）受到严格约束。然而，宇宙学观测已经对大部分参数空间施加了约束，特别是对于亚 GeV 暗物质的磁偶极子相互作用。对于暗物质质量低于 10 MeV 的情况，半导体（特别是使用 skipper-CCD）实验在探寻暗偶极子相互作用方面发挥关键作用：未来的低阈值实验利用半导体靶标可以进一步扩展约束。我们的结果表明，亚 GeV 暗物质通过暗偶极子相互作用仍可免于直接探测约束，未来的低阈值半导体实验可能在约束暗偶极子相互作用方面发挥重要作用。