用电子散射实验排除暗物质的 Majorana 性质
高能物理 - 唯象学
2020-07-09 v2 宇宙学与河外天体物理
摘要
假设暗物质（DM）由亚 GeV 质量范围的费米子构成，且其相互作用由高阶电磁矩主导，例如电偶极矩、磁偶极矩或无极矩，我们表明，在氙靶中搜寻原子电离事件的直接探测实验能够阐明 DM 是 Dirac 粒子还是 Majorana 粒子。具体而言，我们发现，在对应于 3（5）个标准偏差的统计显著性下，需要约 45（120）到 610（1700）个信号事件来排除 Majorana DM 而支持 Dirac DM。对应于给定显著性的 DM 信号事件的确切数量取决于在 Dirac 假设下无极矩、磁偶极矩和电偶极矩对预期的 DM 诱导原子电离速率的相对贡献大小。我们的结论基于蒙特卡洛模拟和似然比检验。尽管后者渐近公式的使用在许多应用中是标准的，但在此需要将其中一个假设位于参数空间边界的情况进行非平凡推广。我们的结果构成了一个坚实的概念证明，表明当 DM 相互作用由高阶电磁矩主导时，使用直接探测实验排除 Majorana DM 假设是可能的。
引用
@article{arxiv.2003.04039,
title = {Rejecting the Majorana nature of dark matter with electron scattering experiments},
author = {Riccardo Catena and Timon Emken and Julia Ravanis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.04039},
year = {2020}
}
备注
15 pages + appendix, 5 figures. Code available at https://github.com/temken/Dirac_vs_Majorana and https://doi.org/10.5281/zenodo.3701262 . Comments welcome! v2: matches published version