寻找近邻的 WIMP

我们全面研究了一类极小隐 sector 暗物质 (DM) 模型的实验约束与前景，强调这些模型的宇宙学历史如何决定实验信号。我们研究简单的“隔离”模型，其中 DM 冻结为不稳定的暗 mediator 态，并考虑该暗 sector 的极小宇宙历史，即暗 mediator 与 SM 的耦合在早期足以使两个 sector 保持热平衡。在暗 mediator 通过可重整化相互作用耦合到标准模型 (SM) 这一颇具动机的情形下，热平衡的要求为隐 sector 暗物质提供了一种极小的、对紫外不敏感且可预言的宇宙学。我们将从与 SM 热平衡的暗辐射浴中冻结出的 DM 称为近邻 WIMP (WIMP next door)，并证明此类近邻 WIMP 的参数空间被清晰界定、有界，且大部分可能可被探测。该参数空间及相应信号取决于 SM 与暗 mediator 之间的主导相互作用；我们针对 Higgs 和矢量门户相互作用均建立了它。特别地，存在一种宇宙学下限，即早期宇宙中使两个 sector 热化所必需的门户耦合强度。我们首次确定了该热化下限作为平衡温度的函数。我们证明直接探测实验目前正在某些参数空间区域探测这一宇宙学下限，而间接探测信号和对 mediator 的地面搜寻进一步切入可行参数空间。我们给出了直接探测和暗 mediator 搜寻的感兴趣区域，包括亚 GeV DM 直接探测的有动机参数空间。