衰变暗物质解释LZ实验的放热反冲事件
Decaying Dark Matter for the Exothermic Recoil at LZ
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中文总结 AI 辅助
针对LZ实验观测到的单个高能核反冲事件，提出由GeV尺度暗态经放热下散射产生，并由长寿命母粒子衰变补充，通过质量劈裂产生窄线信号，并预言氩探测器中的对应信号及约束辐射衰变耦合。
中文摘要 AI 辅助
LUX-ZEPLIN (LZ) 实验报告了一个能量为 $248\pm23\\,(\mathrm{stat})\pm23\\,(\mathrm{sys})$ keV 的单个核反冲候选事件。我们提出该事件来源于一个 GeV 尺度的暗态 $\chi_1$，它通过放热下散射过程 $\chi_1A\to\chi_2A$ 发生，并且该暗态在晕中由长寿命母粒子 $\chi_0$ 的慢衰变 $\chi_0\to\chi_1\chi_1$ 持续补充。由于反冲能量由质量劈裂提供而非晕速度，该事件表现为一条没有低能尾部的窄线。运动学要求 $m_{\chi_1}\gtrsim247$ MeV，并对每个 $m_{\chi_1}$ 固定了劈裂值。对于 $m_{\chi_1}=0.3-10$ GeV，同样的线应在氩中出现在 700$-$810 keV 处。归一化到一个 LZ 事件也固定了辐射衰变 $\chi_1\to\chi_2\gamma\gamma$ 的局域速率，直到介子的光子耦合。粗略的 $\gamma$ 射线估计随后要求该耦合在 $m_{\chi_1}=10$ GeV 时小于质子圈参考值的 $\lesssim10^{-2}$，但在 0.3 GeV 时小于 $\lesssim10^{-9}$，这有利于子粒子质量接近 10 GeV。
英文摘要
The LUX-ZEPLIN (LZ) experiment has reported a single nuclear-recoil candidate at $248\pm23\,(\mathrm{stat})\pm23\,(\mathrm{sys})$ keV. We suggest that it comes from a GeV-scale dark state $χ_1$ that downscatters exothermically, $χ_1A\toχ_2A$, and is continuously replenished in the halo by the slow decay $χ_0\toχ_1χ_1$ of a long-lived parent. Because the recoil energy is supplied by the mass splitting rather than by the halo velocity, the event is a narrow line with no low-energy tail. Kinematics requires $m_{χ_1}\gtrsim247$ MeV and fixes the splitting for each $m_{χ_1}$. The same line should appear at 700$-$810 keV in argon for $m_{χ_1}=0.3-10$ GeV. Normalizing to one LZ event also fixes the local rate of the radiative decay $χ_1\toχ_2γγ$, up to the mediator's photon coupling. A rough $γ$-ray estimate then requires this coupling to be $\lesssim10^{-2}$ of a proton-loop reference at $m_{χ_1}=10$ GeV, but $\lesssim10^{-9}$ at 0.3 GeV, which favours daughters near 10 GeV.
发表机构
- Yonsei University（延世大学）
- Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
