利用固定靶实验检验轻暗物质共湮灭

在本文中，我们引入了一种新颖的固定靶搜索方案，用于寻找热起源的暗物质(DM)，其以非弹性方式耦合到标准模型。由于暗物质仅通过跃迁到较重态而相互作用，冻结过程通过共湮灭进行，且不稳定的较重态在较晚时期被耗尽。对于足够大的质量分裂，直接探测在运动学上被禁止，而间接探测不可能，因此该情形只能借助加速器检验。在此，我们提出在质子和电子束固定靶实验中的新搜索，以探测亚GeV共湮灭，利用上行和下行散射以及激发态在探测器体积内衰变的独特信号。我们聚焦于一个代表性模型，其中暗物质是一个伪狄拉克费米子，耦合到一个隐藏规范场（暗光子），该规范场与可见光子动力学混合。我们在该框架内定义理论靶标，并通过重新分析先前实验的结果确定现有的限制。我们发现LSND、E137和BaBar数据已经对与热冻结起源一致的参数空间施加了强约束，并且Belle II和MiniBooNE未来的搜索，以及最近提出的固定靶实验如LDMX和BDX，可以覆盖几乎全部剩余空白。我们还简要评论了在更高束流能量下运行的束流倾倒和中微子实验的发现潜力。