ダークマターに新たな光を当てる(Shedding New Light on Dark Matter)

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物理学者チームによる新しい解析は、暗黒物質のモデルに対する「宇宙論的サイン」を予測する画期的な方法を提供する。 A new analysis by a team of physicists offers an innovative means to predict ‘cosmological signatures’ for models of dark matter.

2022-07-06 ニューヨーク大学 (NYU)

物理学者の研究チームが、長年その発見が待ち望まれていた暗黒物質(通常の物質に対する重力によってのみ検出される目に見えない物質)の組成を予測する方法を開発しました。
「Physical Review Letters』誌に掲載されたこの研究は、電子と陽子の中間の質量を持つ暗黒物質のモデルについて、「宇宙論的なサイン」を予測することを主眼としています。これまでの方法では、より単純な暗黒物質のモデルに対して同様のシグネチャを予測していました。今回の研究は、より複雑なモデルでこれらのサインを見つけるための新しい方法を確立するものであり、実験による探索が続けられている。

<関連情報>

宇宙マイクロ波背景放射とビッグバン核合成の合同観測による、暗黒放射を持つライトダークセクターに対する制約条件。 Joint Cosmic Microwave Background and Big Bang Nucleosynthesis Constraints on Light Dark Sectors with Dark Radiation

Cara Giovanetti, Mariangela Lisanti, Hongwan Liu, and Joshua T. Ruderman
Physical Review Letters  Published 6 July 2022
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.021302

Figure 1

ABSTRACT

Dark sectors provide a compelling theoretical framework for thermally producing sub-GeV dark matter, and motivate an expansive new accelerator and direct-detection experimental program. We demonstrate the power of constraining such dark sectors using the measured effective number of neutrino species, Neff, from the cosmic microwave background (CMB) and primordial elemental abundances from big bang nucleosynthesis. As a concrete example, we consider a dark matter particle of arbitrary spin that interacts with the standard model via a massive dark photon, accounting for an arbitrary number of light degrees of freedom in the dark sector. We exclude dark matter masses below ∼4  MeV at 95% confidence for all dark matter spins and dark photon masses. These bounds hold regardless of additional new light, inert degrees of freedom in the dark sector, and for dark matter-electron scattering cross sections many orders of magnitude below current experimental constraints. The strength of these constraints will only continue to improve with future CMB experiments.

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1701物理及び化学
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