利用直接探测实验中O(keV)电子反冲探索新物理
高能物理 - 唯象学
2021-05-12 v2 高能物理 - 实验
摘要
受近期XENON1T结果的启发，我们探索可通过O(keV)阈值直接探测实验中的电子反冲搜寻发现的各种新物理模型。首先，我们考虑轻玻色子的吸收，其既可作为暗物质遗迹，也可由太阳直接产生。在后一种情形中，我们发现太阳产生的keV质量玻色子能充分拟合数据，但被恒星冷却约束排除。我们通过引入一种新颖的类变色龙轴子模型来解决这一张力，其可解释超出同时规避恒星界限。我们发现，仅当暗物质为暗光子或轴子时，玻色子暗物质的吸收才能为超出提供可行解释。在后一情形中，为避免X射线约束，需具避光轴子耦合。其次，我们分析暗物质-电子散射模型以确定哪些模型可能解释超出。暗物质与电子的标准散射通常与更低阈值实验的数据相冲突。具有重媒介子的动量依赖相互作用可用重于GeV的暗物质质量拟合数据，但普遍与对撞机约束存在张力。接下来，我们考虑由两（或更多）个具有微小质量分裂的态组成的暗物质。较重态到较轻态的放热（向下）散射可拟合keV质量分裂的数据。最后，我们考虑经宇宙线散射加速的暗物质子成分，发现通过O(100 keV)质量媒介子相互作用的暗物质可拟合数据。然而，该情景所需截面通常受到轻媒介子互补探针的挑战。在整个研究中，我们采用了非分箱蒙特卡洛分析，并使用了改进的XENON1T事件能量重建。
引用
@article{arxiv.2006.14521,
title = {Exploring New Physics with O(keV) Electron Recoils in Direct Detection Experiments},
author = {Itay M. Bloch and Andrea Caputo and Rouven Essig and Diego Redigolo and Mukul Sholapurkar and Tomer Volansky},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.14521},
year = {2021}
}
备注
v2: various corrections, clarifications, and additions. 50 pages, 9 pages references, 25 figures