马特乌斯·杜奇；格扎德科夫斯基，博丹；黄，达 来自稳定标量介体的强暗物质自相互作用。 （英语） 兹比尔1435.85008 《高能物理杂志》。 2020年，第3期，第96号论文，25页（2020年）。 小结：面对无碰撞冷暗物质（DM）范式的小尺度结构问题，一种流行的补救方法是引入一种强DM自相互作用，该自相互作用可以由MeV尺度光介质非扰动地产生。然而，如果这种介质不稳定并衰变为SM粒子，则模型将受到DM直接和间接检测实验的严重限制。在本文中，我们研究了一个具有光稳定标量介质的自相互作用费米子DM模型。在这个模型中，DM遗迹丰度主要由费米子DM粒子控制，费米子DM粒子主要是通过冻结其对稳定介质的湮灭而产生的。由于该信道是不可见的，因此应该大大放宽DM间接检测约束。此外，由于带核子的费米子DM散射出现在单圈水平，直接探测信号被抑制到不可观测的水平。通过进一步研究CMB、超新星和BBN在涉及暗扇区的可见通道上的边界，我们表明存在一个大参数空间，可以在矮星系尺度上产生适当的DM自相互作用，同时与其他实验约束保持兼容。 MSC公司： 85A40型 天体物理学宇宙学 83元56角 暗物质和暗能量 关键词：超越标准模型；SM以外的宇宙学理论 软件：米高梅2.0；micrOMEGA公司 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{M.Duch}等人，《高能物理学杂志》。2020年，第3期，第96号论文，25页（2020年；Zbl 1435.85008） 全文： 内政部 arXiv公司 参考文献： [1] 粒子数据组协作，粒子物理评论，物理。D 98版（2018）030001【灵感】。 [2] Bergstrom，L.，暗物质证据，粒子物理候选和探测方法，年鉴物理学。，524, 479 (2012) ·doi:10.1002/和p.201200116 [3] G.Bertone、D.Hooper和J.Silk，《粒子暗物质：证据、候选和约束》，《物理学》。报告405（2005）279[hep-ph/0404175]【灵感】。 [4] Feng，JL，《粒子物理和探测方法的暗物质候选》，《天文年鉴》。天体物理学。，48495（2010年）·doi:10.1146/anurev-astro-082708-101659 [5] Moore，B.，《从星系晕的观测中证明无耗散暗物质的证据》，《自然》，370629（1994）·数字对象标识代码：10.1038/370629a0 [6] R.A.Flores和J.R.Primack，奇异暗物质晕的观测和理论约束，天体物理学。J.427（1994）L1[astro-ph/9402004]【灵感】。 [7] 哦，S-H；德布洛克，WJG；Brinks，E。；沃尔特·F。；Kennicutt，RC Jr，《THINGS矮星系中的暗物质和发光物质》，Astron。J.，141193（2011）·doi:10.1088/0004-6256/141/6/193 [8] 沃克，MG；Penarrubia，J.，《测量矮小球形星系质量剖面（斜率）的方法》，天体物理学。J.，742，20（2011年）·doi:10.1088/0004-637X/742/1/20 [9] 博伊兰·科尔钦，M。；布洛克，JS；Kaplinghat，M.，大到不能倒？蒙娜丽莎，巨大的银河亚芦荟令人费解的黑暗。不是。罗伊。阿童木。Soc.，415，L40（2011）·doi:10.1111/j.1745-3933.2011.01074.x [10] Boylan Kolchin，医学博士。；布洛克，JS；Kaplinghat，M.，《银河系明亮的卫星是LCDM的明显故障》，Mon。不是。罗伊。阿童木。Soc.，4221203（2012年）·doi:10.1111/j.1365-2966.2012.20695.x [11] A.A.de Laix、R.J.Scherrer和R.K.Schaefer，自作用暗物质的约束，天体物理学。J.452（1995）495[astro-ph/9502087][灵感]。 [12] D.N.Spergel和P.J.Steinhardt，自作用冷暗物质的观测证据，物理学。Rev.Lett.84（2000）3760[astro-ph/9909386]【灵感】。 [13] Vogelsberger，M。；扎瓦拉，J。；Loeb，A.，《自作用星系暗物质晕中的亚晕》，周一。不是。罗伊。阿童木。《社会学杂志》，4233740（2012）·文件编号：10.1111/j.1365-2966.2012.21182.x [14] 扎瓦拉，J。；Vogelsberger，M。；沃克，MG，《限制暗物质与银河系矮球体的自相互作用》，周一。不是。罗伊。阿童木。Soc.，431，L20（2013年）·doi:10.1093/mnrasl/sls053 [15] Rocha，M.，《暗物质自作用的宇宙学模拟I：恒定密度核和亚结构》，周一。不是。罗伊。阿童木。Soc.，430，81（2013）·数字对象标识代码：10.1093/mnras/sts514 [16] A.H.G.Peter、M.Rocha、J.S.Bullock和M.Kaplinghat，《暗物质自作用的宇宙学模拟II：光晕形状与观测》，周一。不是。罗伊。阿童木。Soc.430（2013）105[arXiv:1208.3026]【灵感】。 [17] M.Kaplinghat、S.Tulin和H.-B.Yu，《作为粒子对撞机的暗物质晕：从矮星到星团的小尺度结构难题的统一解决方案》，物理学。修订稿116（2016）041302[arXiv:1508.03339]【灵感】。 [18] Tulin，S。；Yu，H-B，暗物质自相互作用和小尺度结构，物理学。报告。，730, 1 (2018) ·Zbl 1381.83158号 ·doi:10.1016/j.physrep.2017.11.004 [19] Governato，F.，《Cuspy No More:流出如何影响Lambda CDM星系的中心暗物质和重子分布》，周一。不是。罗伊。阿童木。Soc.，4221231（2012年）·doi:10.1111/j.1365-2966.2012.20696.x [20] 布鲁克斯，AM；Zolotov，A.，《为什么重子重要：矮小球形卫星的运动学》，天体物理学。J.，786，87（2014）·doi:10.1088/0004-637X/786/2/87 [21] D.Clowe、A.Gonzalez和M.Markevitch，相互作用星团1E0657-558的弱透镜质量重建：暗物质存在的直接证据，天体物理学。J.604（2004）596[astro-ph/0312273]【灵感】。 [22] M.Markevitch等人，来自合并星系团1E0657-56的暗物质自相互作用截面的直接约束，天体物理学。J.606（2004）819[astro-ph/0309303]【灵感】。 [23] Randall，西南；Markevitch，M。；Clowe，D。；Gonzalez，AH；Bradac，M.，《合并星系团1E 0657-56的数值模拟对暗物质自相互作用横截面的限制》，天体物理学。J.，679，1173（2008）·doi:10.1086/587859 [24] 哈维，D。；梅西，R。；Kitching，T。；泰勒，A。；Tittley，E.，碰撞星系团中暗物质的非引力相互作用，《科学》，3471462（2015）·doi:10.1126/science.1261381 [25] Kahlhoefer，F。；Schmidt-Hoberg，K。；弗兰森，MT；Sarkar，S.，碰撞星团和暗物质自相互作用，周一。不是。罗伊。阿童木。Soc.，437，2865（2014）·doi:10.1093/mnras/stt2097 [26] Wittman，D。；北卡罗来纳州戈洛维奇。；华盛顿州道森，《合并的误判：合并星系团中自作用暗物质的修正极限》，天体物理学。J.，869，104（2018）·doi:10.3847/1538-4357/aaee77 [27] L.Ackerman、M.R.Buckley、S.M.Carroll和M.Kamionkowski，《暗物质和暗辐射》，物理学。修订版D 79（2009）023519[arXiv:0810.5126][灵感]。 [28] 冯，JL；Kaplinghat，M。；Tu，H。；Yu，H-B，隐藏带电暗物质，JCAP，07004（2009）·doi:10.1088/1475-7516/2009/07/004 [29] M.R.巴克利（M.R.Buckley）和P.J.福克斯（P.J.Fox），《暗物质自相互作用和光力载体》（Dark Matter Self Interactions and Light Force Carriers），物理学。修订版D 81（2010）083522[arXiv:0911.3898][灵感]。 [30] 勒布，A。；韦纳，N.，《来自具有Yukawa势的暗物质的矮星星系核心》，《物理学》。修订稿。，106, 171302 (2011) ·doi:10.1103/PhysRevLett.106.171302 [31] 冯，JL；Kaplinghat，M。；Yu，H-B，索末菲增强暗物质对宇宙射线过剩的光晕形状和遗迹密度排除，物理学。修订稿。，104151301（2010年）·doi:10.1103/PhysRevLett.104.151301 [32] Tulin，S。；Yu，H-B；Zurek，KM，共振暗力量和小尺度结构，物理学。修订稿。，110, 111301 (2013) ·doi:10.1103/PhysRevLett.110.11101 [33] Tulin，S。；Yu，H-B；Zurek，KM，《超越无碰撞暗物质：暗物质晕结构的粒子物理动力学》，物理学。版次：D 87，115007（2013） [34] Cyr-Racine，F-Y；Sigurdson，K。；扎瓦拉，J。；布林曼，T。；Vogelsberger，M。；Pfrommer，C.，ETHOS——一种有效的结构形成理论：从暗粒子物理学到宇宙物质分布，Phys。版次：D 93，123527（2016） [35] 范登阿尔森，LG；布林曼，T。；Pfrommer，C.，具有长程相互作用的暗物质是∧CDM宇宙学所有小规模问题的解决方案吗？，物理学。修订稿。，109, 231301 (2012) ·doi:10.1103/PhysRevLett.109.231301 [36] Nozzoli，F.，《暗物质束缚态的平衡》，Astropart。物理。，91, 22 (2017) ·doi:10.1016/j.astropartphys.2017.03.005 [37] 冯，JL；Tu，H。；Yu，H-B，《隐藏区域的热遗迹》，JCAP，10043（2008）·doi:10.1088/1475-7516/2008/10/043 [38] R.Foot和S.Vagnozzi，耗散性暗物质，物理学。版次：D 91（2015）023512[arXiv:1409.7174]【灵感】·兹比尔1345.81153 [39] A.Berlin、D.Hooper和G.Krnjaic，《来自高度解耦扇区的热暗物质》，物理学。版本D 94（2016）095019[arXiv:1609.02555]【灵感】。 [40] 埃文斯，JA；戈里，S。；谢尔顿，J.，《寻找隔壁的WIMP》，JHEP，02100（2018）·doi:10.1007/JHEP02（2018）100 [41] 布林曼，T。；Kahlhoefer，F。；Schmidt-Hoberg，K。；Walia，P.，《暗物质与光介质相互作用的强烈约束》，Phys。修订稿。，118141802（2017）·doi:10.1103/PhysRevLett.118.141802 [42] Cirelli，M。；潘奇，P。；Petraki，K。；萨拉，F。；Taoso，M.，《暗物质的秘密联络：具有束缚态的暗U（1）扇区的现象学》，JCAP，05036（2017）·doi:10.1088/1475-7516/2017/05/036 [43] 普朗克合作，普朗克2015年成果。十三、。宇宙学参数，阿童木。Astrophys.594（2016）A13[arXiv:1502.01589]【灵感】。 [44] N.Padmanabhan和D.P.Finkbeiner，用CMB极化探测暗物质湮灭：特征和实验前景，物理学。修订版D 72（2005）023508[astro-ph/0503486][INSPIRE]。 [45] T.R.Slatyer，宇宙黑暗时代的间接暗物质特征。从普朗克结果中推广s波暗物质湮灭的界限，Phys。版次：D 93（2016）023527[arXiv:1506.03811]【灵感】。 [46] T.R.Slatyer，《宇宙黑暗时代的间接暗物质特征II》。任意能量注入的电离、加热和光子产生，物理学。版次：D 93（2016）023521[arXiv:1506.03812]【灵感】。 [47] Poulin，V。；莱斯古格斯，J。；Serpico，PD，电磁能量奇异注入的宇宙学约束，JCAP，03，043（2017）·doi:10.1088/1475-7516/2017/03/043 [48] Fermi-LAT合作，用六年费米大面积望远镜数据从银河系矮星球形星系中寻找暗物质湮灭，物理学。Rev.Lett.115（2015）231301[arXiv:1503.02641]【灵感】。 [49] AMS合作，国际空间站Phys上用阿尔法磁谱仪测量初级宇宙射线中的电子和正电子通量。Rev.Lett.113（2014）121102【灵感】。 [50] AMS合作，利用国际空间站上的阿尔法磁谱仪对0.5-500 GeV初级宇宙射线中正电子分数的高统计测量，Phys。Rev.Lett.113（2014）121101【灵感】。 [51] Bergstrom，L。；布林曼，T。；霍利斯，I。；霍珀，D。；Weniger，C.，AMS宇宙射线正电子数据中暗物质湮灭的新极限，物理学。修订稿。，111171101（2013）·doi:10.1103/PhysRevLett.111.171101 [52] D.Hooper和W.Xue，用阿尔法磁谱仪测试光暗物质假说的可能性，物理学。修订稿110（2013）041302[arXiv:1210.1220]【灵感】。 [53] A.Ibarra、A.S.Lamperstorfer和J.Silk，AMS-02正电子测量后的暗物质湮灭和衰变，物理学。版本D 89（2014）063539[arXiv:1309.2570]【灵感】。 [54] Kahlhoefer，F。；Schmidt-Hoberg，K。；Wild，S.，《来自一般自旋-0介质的暗物质自相互作用》，JCAP，08003（2017）·doi:10.1088/1475-7516/2017/08/003 [55] XENON合作，XENON1T的一吨年曝光暗物质搜索结果，Phys。修订稿121（2018）111302[arXiv:1805.12562]【灵感】。 [56] K.Kainulainen、K.Tuominen和V.Vaskonen，自相互作用暗物质和光标量介质的宇宙学，Phys。修订版D 93（2016）015016[勘误表同上D 95（2017）079901][arXiv:1507.04931][灵感]。 [57] M.Kaplinghat、S.Tulin和H.-B.Yu，《自作用暗物质的直接检测门户》，《物理学》。版本D 89（2014）035009[arXiv:1310.7945]【灵感】。 [58] M.Hufnagel、K.Schmidt-Hoberg和S.Wild，BBN对MeV级暗扇区的限制。第二部分。电磁衰减，JCAP11（2018）032[arXiv:1808.09324][INSPIRE]。 [59] 杜赫，M。；Grzadkowski，B。；Huang，D.，通过冷冻形成的强自相互作用矢量暗物质，JHEP，01，020（2018）·Zbl 1384.85001号 ·doi:10.1007/JHEP01（2018）020 [60] 杜赫，M。；Grzadkowski，B。；Huang，D.，自相互作用矢量暗物质的冻结区，物理学学报。波兰。，B 482397（2017）·doi:10.5506/AHysPolB.48.2397 [61] 北伯纳尔。；朱，X。；加西亚·克莱，C。；Hambye，T。；Zaldivar，B.，《自作用暗物质的生产机制》，JCAP，03018（2016）·doi:10.1088/1475-7516/2016/03/018 [62] 布伦诺，M。；克莱门茨，S。；Herrero-Garcia，J.，《自作用非弹性暗物质：小尺度结构问题的可行解决方案》，JCAP，03048（2017）·doi:10.1088/1475-7516/2017/03/048 [63] 巴尔德斯，I。；Cirelli，M。；潘奇，P。；Petraki，K。；萨拉，F。；Taoso，M.，《不对称暗物质：残余湮灭和自相互作用》，SciPost Phys。，4, 041 (2018) ·doi:10.21468/SciPostPhys.4.6.041 [64] T.Bringmann、F.Kahlhoefer、K.Schmidt-Hoberg和P.Walia，将非相对论性暗物质转化为辐射，物理学。版次D 98（2018）023543[arXiv:1803.03644]【灵感】。 [65] Ma，E.，具有暗电荷共轭对称性的自作用暗物质的初始，物理学。莱特。，B 772442（2017）·doi:10.1016/j.physletb.2017.067 [66] Kumar Barman，R。；巴塔切吉，B。；查特吉，A。；乔杜里，A。；Gupta，A.，最小U（1）_扩展中自交热WIMP的范围及其未来前景，JHEP，05177（2019） [67] A.Caputo和M.Reig，公理域壁问题低尺度解决方案的宇宙含义，物理学。版本D 100（2019）063530[arXiv:1905.13116]【灵感】。 [68] 艾哈迈德，A。；杜赫，M。；Grzadkowski，B。；Iglicki，M.，《多组分暗物质：矢量和费米子情况》，《欧洲物理学》。J.，C 78，905（2018）·doi:10.1140/epjc/s10052-018-6371-2 [69] 杜尔，M。；Schmidt-Hoberg，K。；Wild，S.，《具有稳定矢量介质的自相互作用暗物质》，JCAP，09033（2018）·doi:10.1088/1475-7516/2018/09/033 [70] R.J.Scherrer和M.S.Turner，《衰变粒子的原始核合成》。1.熵产生衰变。2.惰性衰变，天体物理学。J.331（1988）19【灵感】。 [71] M.Hufnagel、K.Schmidt-Hoberg和S.Wild，对MeV规模暗扇区的BBN约束。第一部分无菌腐烂，JCAP02（2018）044[arXiv:1712.03972][INSPIRE]。 [72] 蔡，Y。；Spray，AP，费米子半Annihilating暗物质，JHEP，01087（2016）·doi:10.1007/JHEP01（2016）087 [73] Sommerfeld，A.，《生物年鉴》。，403, 257 (1931) ·Zbl 0003.14204号 ·doi:10.1002/和p.19314030302 [74] Cassel，S.，任意部分波过程的Sommerfeld因子，J.Phys。，G 37，105009（2010）·doi:10.1088/0954-3899/37/10/105009 [75] R.Iengo，Sommerfeld增强Yukawa潜能，arXiv:0903.0317[灵感]。 [76] Slatyer，TR，《激发态暗物质的Sommerfeld增强》，JCAP，02028（2010）·doi:10.1088/1475-7516/2010/02/028 [77] G.Bélanger、F.Boudjema、A.Pukhov和A.Semenov，MicrOMEGAs 2.0：在通用模型中计算暗物质遗迹密度的程序，Compute。物理学。社区176（2007）367[赫普/0607059][灵感]·Zbl 1196.81050号 [78] G.Bélanger、F.Boudjema、A.Pukhov和A.Semenov，MicrOMEGAs4.1：两个候选暗物质，计算机。物理学。Commun.192（2015）322[arXiv:1407.6129]【灵感】。 [79] 泽尔多维奇，YB；Sunyaev，RA，热模型宇宙中物质与辐射的相互作用，天体物理学。空间科学。，4, 301 (1969) ·doi:10.1007/BF00661821 [80] 胡，W。；Silk，J.，《大规模不稳定遗迹粒子的热化约束和光谱畸变》，Phys。修订稿。，70, 2661 (1993) ·doi:10.1103/PhysRevLett.70.2661 [81] Chluba，J。；Sunyaev，RA，早期宇宙中CMB光谱畸变的演变，周一。不是。罗伊。阿童木。Soc.，419，1294（2012）·文件编号：10.1111/j.1365-2966.2011.19786.x [82] CHARM合作，在400 GeV质子-铜相互作用中搜索类轴粒子产生，物理。Lett.157B（1985）458【灵感】。 [83] JD克拉克；右脚。；Volkas，RR，极轻标量（100 MeV<m_h<10 GeV）与SM希格斯粒子混合的现象学，JHEP，02，123（2014）·doi:10.1007/JHEP02（2014）123 [84] G.Krnjaic，《用希格斯门介质探测光热暗物质》，物理学。D 94版（2016）073009[arXiv:1512.04119]【灵感】。 [85] 特纳，理学硕士，来自SN 1987a的Axions，Phys。修订稿。，60, 1797 (1988) ·doi:10.1103/PhysRevLett.60.1797 [86] 弗里曼，JA；迪莫普洛斯，S。；特纳，理学硕士，Axions and Stars，Phys。修订版，D 362201（1987） [87] Burrows，A。；特纳，理学硕士；Brinkmann，RP，Axions和SN 1987a，Phys。修订版，D 391020（1989） [88] 石冢，N。；Yoshimura，M.，《新生中子星的Axion和Dilaton发射率》，Prog。西奥。物理。，84, 233 (1990) ·doi:10.1143/ptp/84.2233 [89] Essig，R。；哈尼克，R。；卡普兰，J。；Toro，N.，《在中微子实验中发现新的光状态》，Phys。版本：D 82113008（2010） [90] 普朗克合作，普朗克2018年成果。六、 宇宙学参数，arXiv:1807.06209[灵感]。 [91] A.Fradette和M.Pospelov，LHC的BBN：希格斯门标量的寿命约束，物理学。版次D 96（2017）075033[arXiv:1706.01920]【灵感】。 [92] J.M.Cline、K.Kainulainen、P.Scott和C.Weniger，标量单重态暗物质更新，物理学。修订版D 88（2013）055025【勘误表同上D 92（2015）039906】【arXiv:1306.4710】【灵感】。 [93] 李·T。；苗，S。；Zhou，Y-F，暗物质直接探测中的光介质，JCAP，032（2015）·doi:10.1088/1475-7516/2015/03/032 [94] 耿，C-Q；黄，D。；Lee，C-H；王强，用光介质直接检测放热暗物质，JCAP，08009（2016）·doi:10.1088/1475-7516/2016/08/009 [95] J.M.Alarcon、J.Martin Camalich和J.A.Oller，πN散射振幅和π-核-σ项的手性表示，Phys。修订版D 85（2012）051503[arXiv:1110.3797][灵感]。 [96] 任，X-L；玲，X-Z；耿，L-S，协变重子手性微扰理论中的Pion核子西格玛项，Phys。莱特。，B 783，7（2018）·doi:10.1016/j.physletb.2018.05.063 [97] R.Essig、J.Mardon和T.Volansky，直接检测Sub-GeV暗物质，物理学。版本D 85（2012）076007[arXiv:1108.5383]【灵感】。 [98] R.Essig、T.Volansky和T.-T.Yu，氙气中电子对亚GeV暗物质散射的新限制和展望，物理学。D 96版（2017）043017[arXiv:1703.00910]【灵感】。 [99] K.Agache，Y.Cui，L.Necib和J.Thaler，（In）直接探测增强暗物质，JCAP10（2014）062[arXiv:1405.7370][灵感]。 [100] 麦肯博士。；Raj，N.，单色暗中微子，并在惰性液体直接探测中增强暗物质，Phys。版次：D 99，103003（2019） [101] 布林曼，T。；Pospelov，M.，《光暗物质的新型直接探测约束》，Phys。修订稿。，122, 171801 (2019) ·doi:10.1103/PhysRevLett.122.171801 [102] 埃罗，G。；罗德，荷兰；斯莱特，TR；Xue，W.，隐扇区暗物质的独立模型间接探测约束，JCAP，06024（2016）·doi:10.1088/1475-7516/2016/06/024 [103] N.F.Bell、Y.Cai、J.B.Dent、R.K.Leane和T.J.Weiler，《利用暗轫致辐射提高暗物质湮没率》，Phys。版次D 96（2017）023011[arXiv:1705.01105]【灵感】。 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。