科学家给出重暗物质粒子相互作用属性的最强极限值

       来自高海拔宇宙线观测站（LHAASO）合作组的科学家对重暗物质粒子所产生的高能伽马射线信号进行搜寻并给出暗物质粒子性质最严格的上限。该研究成果“Constraints on Ultraheavy Dark Matter Properties from Dwarf Spheroidal Galaxies with LHAASO Observations”于2024年8月7日在《物理评论快报》（Physical Review Letters)发表，并被选为编辑推荐论文。

        LHAASO实验数据用于分析重暗物质粒子产生的信号有非常高的灵敏度，可以覆盖从一电子伏特到一百万太电子伏特的质量范围。该研究工作利用LHAASO实验数据搜寻银河系附近的16个矮星系（dwarf galaxies）区域的暗物质粒子。矮星系是被银河系引力所束缚的小星系，也称为卫星星系，普通物质含量少，天体活动非常微弱，现有理论认为其主要成分由暗物质组成，是搜寻暗物质粒子的理想对象。科学家通过在LHAASO实验数据中搜寻暗物质粒子相互碰撞并湮灭产生出的伽马射线来寻找它们的踪迹。由于LHAASO并没有发现暗物质所产生信号，表明暗物质之间的相互作用非常微弱，进而对质量大于10 TeV的暗物质粒子属性给出最强的上限（即只能小于这个极限值）。

       该工作由中国科学院高能物理研究所的毕效军研究员、紫金山天文台的黄晓渊研究员及山东大学的祝成光教授领导的团队合作完成。

图1：LHAASO的观测结果排除了黑线以上的暗物质湮灭反应截面，换句话说，如果暗物质存在的话，其湮灭的几率一定要小于黑线所对应的数值。横坐标代表暗物质质量，纵坐标代表暗物质湮灭产生伽马射线的反应截面，也就是湮灭的几率。不同颜色的虚线是其他实验给出的限制，可见LHAASO在约10TeV以上的高质量区给出了最强的限制。左图和右图分别给出了两个代表性的暗物质粒子的湮灭的反应过程的分析结果。
 

       LHAASO是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，于2021年7月建成并开始高质量稳定运行，是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置。国家高能物理科学数据中心全面负责LHAASO数据平台的建设与运行。几年来，国家高能物理科学数据中心与LHAASO合作组配合，采用通用的国际合作模式，实现设施平台与观测数据的开放共享，为用户提供数据的采集、汇交、存储、共享及处理的全方位服务，助力重大科学成果的发现。

文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.061001

新闻来源：中国科学院高能物理研究所

http://ihep.cas.cn/xwdt2022/gnxw/hotnews/2024/202408/t20240812_7261689.html