用具有 U(1) 规范相互作用的标量暗物质解释 DAMPE 数据

近来，DAMPE 实验发布了 25 GeV 至 4.6 TeV 间总宇宙线 $e^+e^-$ 流强的新测量，显示约 0.9 TeV 处的谱软化以及约 1.4 TeV 处的暂现峰值。我们利用标量暗物质（DM）湮灭情形，通过扩展 $G_{SM}\equiv SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$ 并附加保持无反常的 $U(1)$ 规范对称性以产生 $\chi \chi \to Z^\prime Z^\prime \to \ell\bar{\ell}\ell^\prime\overline{\ell^\prime}$ 来解释 DAMPE 峰值，其中 $\chi, Z^\prime, \ell^{(^\prime)}$ 分别表示标量 DM、新规范玻色子以及 $\ell^{(^\prime)}=e,\mu,\tau$，且 $m_\chi \sim m_{Z^\prime} \sim 2 \times 1.5$（TeV）。我们首先说明上述质量选择的最小框架 $G_{SM} \times U(1)_{Y^\prime}$ 可解释 DAMPE 超出，但已被来自 $Z^\prime$ 搜寻的 LHC 限制排除。随后我们研究非最小框架 $G_{SM} \times U(1)_{Y^\prime} \times U(1)_{Y^{\prime \prime}}$，其中 $U(1)_{Y^{\prime \prime}}$ 与 $U(1)_{Y^\prime}$ 混合。我们表明该框架可解释 DAMPE 数据，同时通过其他限制包括 DM 遗迹丰度、DM 直接探测和对撞机界限。我们还研究了该框架中预言的 $e^+e^-$ 能谱，发现质量分裂 $\Delta m = m_\chi - m_{Z'}$ 应小于约 17 GeV 以产生峰状结构。