带电介质简化暗物质模型：直接探测的前景

我们考虑了一类费米子暗物质（DM）简化模型的直接探测前景，该暗物质通过两个具有任意混合角 $\alpha$ 的带电标量介质与左手和右手 Standard Model 费米子耦合。DM 与原子核的相互作用由高阶电磁矩介导，对于 Majorana DM，该电磁矩为 anapole moment。在给出了 anapole moment 的完整解析计算（包括其对 $\alpha$ 的依赖性）并与文献中的极限进行匹配后，我们计算了 DM-核子散射截面，并展示了 LUX 和未来的 LZ 对这些模型参数空间的约束。然后，我们将这些结果与来自 $Fermi$-LAT 连续谱和线搜索的约束进行了比较。在所有情况下均提供了这些简化模型在超对称极限下的结果。我们发现，对于 $\mathcal{O}(100-200)$ GeV 的 DM 且最轻介质质量比 DM 质量大 $\lesssim \mathcal{O}(5\%)$ 的情况，未来的直接探测实验将能够探测这些模型的大部分参数空间。对于更大的 DM 质量以及 DM 与最轻介质质量之间更大的质量差，直接探测前景会减弱，尽管对于 $\mathcal{O}(200)$ GeV 的 DM 且最轻介质质量比 DM 质量大 $\lesssim \mathcal{O}(20\%)$ 的情况，仍有可观的区域可被探测。在参数空间中某些特定的“盲点”附近，直接探测界限也会减弱，在这些盲点处，由于不同项的抵消，anapole moment 受到严重抑制。我们仔细研究了这些盲点以及这些区域中相关的 $Fermi$-LAT 信号。