超高能中微子探测器中的暗物质间接搜寻

高能至超高能中微子探测器可通过搜寻暗物质 $\chi$ 经湮灭和/或衰变过程产生的次级产物，独特地探测其性质。我们评估了下一代观测站（如 POEMMA 和 GRAND）对热平均湮灭截面 $\langle\sigma v\rangle$ 以及衰变到中微子的部分宽度 $\Gamma_{\chi\rightarrow\nu\bar{\nu}}$（质量尺度 $10^7 \leq m_\chi/{\rm GeV} \leq 10^{15}$）的灵敏度。我们表明，在 $10^7 \leq m_\chi/{\rm GeV} \leq 10^{11}$ 范围内，像 POEMMA 这样的天基切伦科夫探测器具有全天空覆盖和快速转向的优势，能够实现聚焦于银河系中心的优化暗物质观测策略。我们还表明，像 GRAND 这样的地基射电探测器可在射电宁静区域实现高灵敏度和高占空比。我们将下一代中微子实验的灵敏度与来自 IceCube 的现有约束以及利用 Pierre Auger Collaboration 和 ANITA 的结果得到的更新 90% C.L. 对 $\langle\sigma v\rangle$ 和 $\Gamma_{\chi\rightarrow\nu\bar{\nu}}$ 的上限进行了比较。我们表明，在 $10^7 \leq m_\chi/{\rm GeV} \leq 10^{11}$ 范围内，POEMMA 和 GRAND10k 将使对粒子暗物质的中微子灵敏度比现有极限提高 2 至 10 倍，而 GRAND200k 将把该灵敏度提高两个数量级。在 $10^{11} \leq m_\chi/{\rm GeV} \leq 10^{15}$ 范围内，POEMMA 的荧光观测模式将实现对暗物质性质前所未有的灵敏度。最后，我们利用最新的银河系参数拟合与估计，强调了与银河系晕中暗物质分布相关不确定性的重要性。