Not as big as a barn: Upper bounds on dark matter-nucleus cross sections
Not as big as a barn: Upper bounds on dark matter-nucleus cross sections
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不像谷仓那么大：暗物质-核横截面的上限
DOI：
10.1103/physrevd.100.063013
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发表时间：
2019
影响因子：
5
通讯作者：
Peter, Annika H. G.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Digman, Matthew C.;Cappiello, Christopher V.;Beacom, John F.;Hirata, Christopher M.;Peter, Annika H. G.
暗物质的关键探测来自于对其与原子核的弹性散射的测试。通常假设结果与模型无关，这意味着不需要指定势的形式，并且不同核目标上的横截面可以简单地与核子上的横截面相关。对于点状自旋无关散射，假设的缩放关系是，其中 t 来自相干性， t 来自运动学。在这里，我们计算模型独立性结束的位置，即横截面变得太大以至于违反其定义假设的位置。我们表明，对于暗物质-原子核横截面，假设的比例关系通常会失败，显着低于原子核的几何尺寸，并且完全在地下探测器探测的范围内。最后，我们在理论基础上证明，鉴于光介体的现有限制，点状暗物质不可能具有，除此之外，许多声称的限制源自宇宙学和天体物理学。拥有如此大横截面的最可行方法是复合暗物质，它通过选择形状因子引入了显着的额外模型依赖性。因此，之前对暗物质横截面的所有限制必须重新评估和重新解释。
Critical probes of dark matter come from tests of its elastic scattering with nuclei. The results are typically assumed to be model independent, meaning that the form of the potential need not be specified and that the cross sections on different nuclear targets can be simply related to the cross section on nucleons. For pointlike spin-independent scattering, the assumed scaling relation is, where thecomes from coherence and thefrom kinematics for. Here we calculate where model independence ends, i.e., where the cross section becomes so large that it violates its defining assumptions. We show that the assumed scaling relations generically fail for dark matter-nucleus cross sections, significantly below the geometric sizes of nuclei and well within the regime probed by underground detectors. Last, we show on theoretical grounds, and in light of existing limits on light mediators, that pointlike dark matter cannot have, above which many claimed constraints originate from cosmology and astrophysics. The most viable way to have such large cross sections is composite dark matter, which introduces significant additional model dependence through the choice of form factor. All prior limits on dark matter with cross sectionswithmust therefore be reevaluated and reinterpreted.
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