LHAASO實驗給出重暗物質粒子相互作用屬性的最強限制
高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）合作組對重暗物質粒子所產生的高能伽馬射線信號進行搜尋并給出暗物質粒子性質最嚴格的限制。該研究成果“Constraints on Ultraheavy Dark Matter Properties from Dwarf Spheroidal Galaxies with LHAASO Observations”于2024年8月7日在《物理評論快報》（Physical Review Letters)發(fā)表，并被選為編輯推薦論文。
LHAASO實驗對重暗物質粒子產生的信號有非常高的靈敏度，可以覆蓋從一電子伏特到一百萬太電子伏特的質量范圍。本研究工作搜尋暗物質粒子的目標區(qū)域是銀河系附近的16個矮星系（dwarf galaxies）。矮星系是被銀河系引力所束縛的小星系，也稱為衛(wèi)星星系，普通物質含量少，天體活動非常微弱，現(xiàn)有理論認為其主要成分由暗物質組成，是搜尋暗物質粒子的理想對象。LHAASO通過探測暗物質粒子相互碰撞并湮滅產生出的伽馬射線來尋找它們的蹤跡。由于LHAASO并沒有發(fā)現(xiàn)暗物質所產生信號，表明暗物質之間的相互作用非常微弱，進而對質量大于10 TeV的暗物質粒子屬性給出最強烈的限制。
暗物質是天文觀測發(fā)現(xiàn)的存在于宇宙中的一種不發(fā)光的神秘物質，占宇宙中物質組成的85%，但暗物質至今還沒有被直接探測到，直接探測暗物質是當前物理學和天文學共同關注的重大課題。在過去的20年間，世界上開展了一系列搜尋暗物質粒子的大型實驗，集中搜索質量在0.1太電子伏特（TeV，1012電子伏特）附近的暗物質粒子。
該工作由中國科學院高能物理研究所的畢效軍研究員、紫金山天文臺的黃曉淵研究員及山東大學的祝成光教授領導的團隊合作完成。
文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.061001
圖：LHAASO的觀測結果排除了黑線以上的暗物質湮滅反應截面，換句話說，如果暗物質存在的話，其湮滅的幾率一定要小于黑線所對應的數(shù)值。橫坐標代表暗物質質量，縱坐標代表暗物質湮滅產生伽馬射線的反應截面，也就是湮滅的幾率。不同顏色的虛線是其他實驗給出的限制，可見LHAASO在約10TeV以上的高質量區(qū)給出了最強烈的限制。左圖和右圖分別給出了兩個代表性的暗物質粒子的湮滅的反應過程的分析結果。
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