在所有自旋情景中搜寻超电荷环状暗物质

我们进行了一项联合分析，以研究具有超电荷环状矩的暗物质，首次聚焦于自旋1/2、1、3/2和2的马约拉纳暗物质粒子仅通过U(1)$_{Y}$超电荷环状项与标准模型粒子相互作用的场景。为完备起见，我们构建了通用的有效U(1)规范不变三点顶点。这些顶点能够在电弱规范对称性自发破缺后，为虚光子$\gamma$和虚$Z$玻色子与两个相同的任意非零自旋$s$的大质量马约拉纳粒子生成超电荷规范不变相互作用顶点。作为互补，我们采用了针对每种暗物质自旋定制的有效算符，允许交叉对称性。我们计算了残余丰度，分析了来自暗物质直接探测和对撞机实验的当前约束及未来灵敏度，并应用了概念性的朴素微扰性界限。基于广义顶点计算的估计表明，高自旋暗物质情景比低自旋暗物质受到更严格的约束，这主要是由于湮灭截面减小和/或LHC单喷注事件率增加。一个显著的结果是，自旋-2环状暗物质情景几乎完全被排除，而高亮度LHC在探测自旋-1和3/2情景方面表现出高灵敏度，除了暗物质质量约1 TeV的极小参数范围。自旋-1/2暗物质情景中剩余参数空间的很大一部分可以通过即将开展的氙实验进行探索，其曝光量超过20吨·年，相当于XENONnT实验运行约5年。