暗物质共振湮灭时的剩余丰度和直接探测

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当暗物质粒子对x(x)通过一个共振态粒子R湮灭时,在暗物质剩余丰度条件的限制下,暗物质-核子的散射截面可能会很小,甚至有可能低于由于中微子-核子的相干散射而产生的散射截面。我们把中微子-核子散射截面称为中微子背景。对于暗物质-核子散射截面在中微子背景之下的情形,传统的暗物质直接探测实验将无法搜寻到暗物质-核子散射产生的信号。我们提出了一种在暗物质湮灭截面为s波和p波的情形下,改进了的近似解析计算暗物质剩余丰度的方法,并在此基础上研究了在何种条件下暗物质-核子湮灭截面在中微子背景之上,从而暗物质-核子散射产生的信号可以被传统的暗物质直接探测实验所探测到。我们发现,对于中间态为黑格斯玻色子的暗物质模型,若其湮灭截面为s波,则自旋无关的暗物质-核子散射截面与ΓR/mR近似成正比,这里ΓR/mR为共振态粒子R的衰变宽度与其质量之比。对于一个质量大约为50GeV的暗物质粒子而言,暗物质-核子的散射截面在中微子背景之上的条件要求ΓR/mR(>)O(10-4)。对于p波的暗物质湮灭截面,自旋无关的暗物质-核子散射截面与ΓR/mR近似成反比,且只要暗物质质量小于顶夸克的质量,这散射截面就始终在中微子背景之上。作为一个实例,我们对单态实标量暗物质模型进行了讨论。
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