非弹性暗物质、小尺度问题以及 XENON1T 超出

我们研究了一个通用模型，其中暗 sector 由马约拉纳暗物质 $\chi_1$、其激发态 $\chi_2$（二者均处于电弱尺度）以及质量为 $m_{Z'} \sim 10^{-4}$ eV 的轻暗光子 $Z'$ 组成。轻的 $Z'$ 增强了自散射弹性截面 $\chi_1 \chi_1 \to \chi_1 \chi_1$，足以解决冷暗物质 $N$ 体模拟中的小尺度问题。暗物质通过由参数 $\epsilon$ 表征的动力学混合与标准模型（SM）相互作用。非弹性散射过程 $\chi_1 \chi_1 \to \chi_2 \chi_2$ 随后发生迅速衰变 $\chi_2 \to \chi_1 Z'$ 产生高能 $Z'$。通过设定 $\delta \equiv m_{\chi_2} - m_{\chi_1} \simeq 2.8$ keV 和 $\epsilon \sim 10^{-10}$，XENON1T 实验中电子反冲数据的超出可由暗光电效应解释。暗物质的遗迹丰度也可通过热冻结机制由湮灭 $\chi_1 \chi_1 (\chi_2 \chi_2) \to Z' Z'$ 及暗规范耦合常数 $\alpha_X \sim 10^{-3}$ 予以容纳。