宇宙线加速暗物质的产生与衰减

被高能宇宙线（CRs）上散射的轻于 GeV 的晕暗 matter（DM）粒子（称为 CRDM）可具有较高能量，并被常规 DM 直接探测实验所观测。我们在该方法下对自旋无关 DM-核子散射截面 $\sigma_{\chi p}$ 的排除界限进行了精细化分析。对于排除下限，我们利用空间依赖的 CR 通量并确定 CRDM 产生的有效距离 $D_\text{eff}$ 参数，同时包含主要重 CR 核种类的贡献。对于动能高于 $\sim 1~\text{GeV}$ 的 CRDM 粒子，我们得到 $D_\text{eff}\simeq 9$ kpc，这将相应的排除下限推至 DM 粒子质量在 MeV 量级及以下时的 $\sigma_{\chi p} \sim 4\times 10^{-32}~\text{cm}^2$。对于来自地球衰减的排除上限，先前忽略核形状因子的估计由 XENON1T 数据给出了典型的 $\sigma_{\chi p}\sim\mathcal{O}(10^{-28})~\text{cm}^2$ 排除上限。采用解析与数值两种方法，我们表明对于 CRDM 粒子，核形状因子的存在强烈抑制了地球衰减效应。因此，XENON1T 数据可排除的截面可高出几个数量级，这弥合了 XENON1T 实验与天体物理测量（如宇宙微波背景（CMB）、星系气体云冷却和结构形成等）所排除截面之间的间隙。