轻质WIMP与COSI的MeV级伽马射线探测
高能物理 - 唯象学
2025-04-17 v1 高能天体物理现象
摘要
轻质弱相互作用大质量粒子(WIMP)，其质量位于亚GeV量级，因对传统WIMP的搜索结果不理想而受到越来越多的关注。轻质WIMP预期会产生来自于亚GeV尺度下通过湮灭产生的伽马射线。技术的进步为精确探测MeV级伽马射线开辟了可能性，从而催生了基于Compton谱仪和成像器(COSI)的下一代太空任务。我们系统、量化地研究了轻质WIMP的现象学，以确定COSI观测是否能够探测其可行的参数区域。首先，我们构建描述轻质WIMP的模型，基于量子场论的最小性和重整�性。随后，我们施加来自宇宙学观测(CMB、BBN)和暗物质搜索(加速器、地下实验、天文实验等)的各种约束。最后，我们在每个模型中识别可行参数区域，讨论COSI是否对这些参数区域具有灵敏度。我们发现，在某些参数区域会预测出速度依赖的湮灭截面，从而使COSI能够在避免严重的宇宙学约束的同时探测暗物质信号。
引用
@article{arxiv.2504.11810,
title = {Light WIMPs and MeV Gamma-ray Detection with COSI},
author = {Yu Watanabe and Shigeki Matsumoto and Christopher M. Karwin and Tom Melia and Michela Negro and Thomas Siegert and Yuki Watanabe and Hiroki Yoneda and Tadayuki Takahashi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.11810},
year = {2025}
}
备注
73 pages, 25 figures