WIMP 湮灭为一对在壳标量媒介粒子的研究

本文关注一种由新标量 $\phi$ 介导的标量/矢量 WIMP（弱相互作用大质量粒子），其中 $\phi$ 的质量略低于 WIMP 质量。为解释银河系中心 1 - 3 GeV 伽马射线超出，我们考虑 WIMP 对主要湮灭为一对在壳 $\phi \phi$ 对，且 $\phi$ 主要衰变为 $\tau \bar{\tau}$ 的情形。WIMP 的质量范围约为 14 - 22 GeV，且如今 WIMP 的湮灭受到相空间抑制。在此湮灭方案中，$\phi$ 与标准模型（SM）粒子的耦合几乎可以任意小，且 WIMP-核自旋无关散射可被当前的暗物质（DM）直接探测实验容忍。我们引入了一个微小且可行的标量媒介-希格斯场混合。推导了早期宇宙热平衡对 $\phi$-SM 粒子耦合设定的下限，且该约束高于标量 DM 直接探测中的中微子背景。WIMP 可能在未来几年升级的 DM 直接探测实验中可探测，而奇异衰变 $h \rightarrow \phi \phi$ 以及 $\phi$ 的产生可能在未来的高亮度 $e^+ e^-$ 对撞机上可观测。