具有轻暗 sector 的局域 $Z_2$ 暗物质模型中的 XENON1T 超出

最近 XENON1T 合作组宣布他们在约 2-3 keV 的电子反冲能量处观测到一些超出。我们表明这一超出可解释为激发态暗物质（XDM）通过暗光子交换在原子电子上发生的放热散射：$XDM + e_{atomic} \rightarrow DM + e_{free}$。我们考虑具有局域暗 $U(1)$ 规范对称性的暗物质模型，该对称性通过 Krauss-Wilczek 机制自发破缺为其 $Z_2$ 子群。为了在冻结退出情形下以正确的暗物质热遗迹密度解释 XENON1T 超出，暗 sector 中的所有粒子都应足够轻，即标量暗物质约为 $\sim O(100)$ MeV，费米子暗物质约为 $\sim O(1-10)$ MeV。更轻的暗 Higgs $\phi$ 在暗物质遗迹密度计算中起着重要作用：对于标量暗物质（$X$）为 $X X^\dagger \rightarrow Z' \phi$，对于费米子暗物质（$\chi$）为 $\chi \bar{\chi} \rightarrow \phi \phi$（假设 $m_{Z'} > m_\chi$）。二者均为 $p$ 波湮灭，若假设其他危险的 $s$ 波湮灭在运动学上被禁止，则可轻易规避 Planck 数据对 CMB 上 $s$ 波湮灭的严格限制。