共振湮灭暗物质的直接探测

在暗物质 (DM) 粒子 $\chi\bar\chi$ 对通过共振粒子 $R$ 湮灭的情景中，来自 DM 残留密度的约束使得相应的 DM-核弹性散射截面极小，可能低于由相干中微子 - 核散射引起的中微子背景，这使得 DM 粒子超出传统 DM 直接探测实验的范围。我们提出了共振 DM 湮灭情况下 $s$-波和 $p$-波情形的 DM 残留密度的改进解析计算，并研究了 DM-核散射截面高于中微子背景的条件。我们表明，在希格斯门户型模型中，对于具有 $s$-波湮灭的 DM 粒子，自旋无关的 DM-核散射截面与 $\Gamma_{R}/m_{R}$ 成正比，即 $R$ 的衰变宽度与质量之比。对于典型的 DM 粒子质量 $\sim50$ GeV，该条件导致 $\Gamma_{R}/m_{R} \gtrsim \mathcal{O}(10^{-4})$。在 $p$-波湮灭情形中，自旋无关散射截面不敏感于 $\Gamma_{R}/m_{R}$，并且只要 DM 粒子轻于顶夸克，其总是高于中微子背景。文中讨论了实单态 DM 模型作为具体示例。