关于 LDMX 信号的暗物质起源
高能物理 - 唯象学
2025-07-14 v2 宇宙学与河外天体物理
高能物理 - 实验
摘要
将束流电子聚焦于薄靶的固定靶实验在探测新物理（包括亚 GeV 暗物质（DM）范式）方面显示出巨大潜力。然而，未来实验（如轻暗物质实验 LDMX）中的信号需要独立验证以确认其 DM 起源。为此，我们提出结合 LDMX 和下一代 DM 直接探测（DD）数据的四步分析策略，并在此通过蒙特卡洛模拟加以说明。第一步，假设的 LDMX 信号（即末态电子能量和横向动量分布的过剩）被记录。第二步，DD 实验以不断增加的曝光量运行，以检验 LDMX 信号的 DM 起源。这里模拟了 LDMX 和 DD 数据。第三步，从 DD 数据中提取 DM 模型参数的后验概率密度函数（pdf），并用于预测 LDMX 处的电子反冲能量和横向动量分布。最后一步，通过卡方检验比较预测和记录的电子反冲能量和横向动量分布。我们以 DD 实验必须运行的阈值曝光量来呈现这一比较结果，以断言预测和记录的分布是否可以在统计上相关。我们发现，该阈值曝光量随 DM 粒子质量 m_chi 增加而增长。对于 DM 质量 m_chi=4 MeV，阈值曝光量为 0.012 kg-year；对于 m_chi=25 MeV，则为 1 kg-year，这已在或即将进入可达范围。
引用
@article{arxiv.2411.10216,
title = {On the dark matter origin of an LDMX signal},
author = {Riccardo Catena and Taylor R. Gray and Andreas Lund},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.10216},
year = {2025}
}
备注
Version accepted for publication in JCAP