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暗光子:开启暗物质世界的一枚钥匙?

常驻编辑 科普中国 2022-08-29 暗物质   光子   费米   世界   相互作用   粒子   模型   钥匙   物质   质量   标准
1)轫致辐射过程:高能电子打击固定靶,可以辐射出暗光子,Us3拜客生活常识网

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2)正负电子湮灭:高能正负电子对湮灭,可以得到暗光子和伴随产生的光子,Us3拜客生活常识网

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3)介子衰变:质量大于暗光子的介子可以衰变到暗光子和光子(一般可以是π0,η等中性介子)Us3拜客生活常识网

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4)Drell-Yan过程:一对正反夸克可以产生一个在壳或者非在壳暗光子,随后暗光子衰变到标准模型粒子,Us3拜客生活常识网

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4、暗光子作为可见世界和暗物质世界的媒介粒子Us3拜客生活常识网


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一般,无论是有质量还是无质量的暗光子,都可以作为连接暗物质和可见世界的媒介粒子。所以,有可能通过该媒介粒子实现暗物质的宇宙丰度,根据暗物质和暗光子的质量关系,暗物质可以湮灭到标准模型粒子或者暗光子,如图2所示。Us3拜客生活常识网


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图2:暗物质通过暗光子的湮灭费曼图Us3拜客生活常识网


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上述湮灭过程属于热退耦合型暗物质湮灭。其暗物质的宇宙丰度和湮灭截面的关系可以简单的表示为:Us3拜客生活常识网


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如果暗物质质量较大,那么暗物质主要湮灭到一对暗光子(图2的左图)Us3拜客生活常识网

,该湮灭截面主要依赖于暗物质质量Us3拜客生活常识网

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和暗物质与暗光子的相互作用强度:Us3拜客生活常识网

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。即使暗物质和可见物质的耦合系数ϵ比较小,暗物质丰度只和暗物质与暗光子的相互作用强度

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