重新审视一般暗物质-束缚电子相互作用

在本文中，我们重新审视了先前在极具影响力的工作 [R. Catena 等, Atomic responses to general dark matter-electron interactions, Phys. Rev. Res. 2, 033195 (2020)] 中研究过的一般暗物质（DM）-束缚电子相互作用。对于自旋最高为1的暗物质，在最一般非相对论或相对论DM-电子相互作用下，我们发现平均电离矩阵元平方可以组织为三项，每一项都是一个DM响应函数（$a_{0,1,2}$）与该工作中给出的四个原子响应函数（$W_{1,2,3,4}$）的线性组合（$\widetilde W_{0,1,2}$）的乘积，$\widetilde W_0 = W_1, \, \widetilde W_1 = |\pmb{v}_0^\perp|^2 W_1 - 2 {m_e\, \pmb{q}\cdot \pmb{v}_0^\perp \over \pmb{q}^2} W_2 + W_3,\, \widetilde W_2 = { (\pmb{q}\cdot \pmb{v}_0^\perp)^2 \over \pmb{q}^2} W_1 - 2 {m_e\, \pmb{q}\cdot \pmb{v}_0^\perp \over \pmb{q}^2} W_2 + {m_e^2 \over \pmb{q}^2}W_4$。此外，我们发现该工作在计算 $W_2$ 时遗漏了一个关键的负号，这在解释特定DM场景的实验界限时具有重要的唯象学后果。由于修正了该符号，$W_2$ 与 $W_{3,4}$ 项之间可能会出现显著的抵消，使得 $\widetilde W_{1,2}$ 在某些情况下由通常的响应函数 $W_1$ 主导。许多涉及DM或电子轴矢量流的DM场景会产生 $W_2$，因此可能受该符号影响。作为示例，我们展示了最近XENON1T对费米子DM各向异性磁矩的约束被减弱了约2倍。我们还给出了自旋1 DM的非相对论（NR）算符的完整列表，并计算了它们对DM响应函数的贡献。