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高能物理 - 现象学

arXiv:2011.04679 (hep-ph)
[提交于 2020年11月9日 (v1) ,最后修订 2021年2月10日 (此版本, v2)]

标题: 暗物质自相互作用的半经典极限

标题: The Semi-Classical Regime for Dark Matter Self-Interactions

Authors:Brian Colquhoun, Saniya Heeba, Felix Kahlhoefer, Laura Sagunski, Sean Tulin
摘要: 许多粒子物理模型用于暗物质自相互作用——旨在解决无碰撞冷暗物质范式长期存在的挑战 - 处于半经典区域,其相互作用势能相对于暗物质粒子的德布罗意波长是长程的。 在本工作中,我们提出了一种量子力学推导,并给出了由杨-米尔斯势介导的自相互作用的半经典动量转移和粘滞截面的新解析公式。 我们的结果包括超越经典极限的主导量子修正,并允许可区分和相同的暗物质粒子。 我们的公式取代了从经典散射问题中获得的著名的动量转移截面公式,这些公式常用于自相互作用暗物质的现象学研究。 结合之前在量子区域中的截面近似公式,我们的新结果几乎完全覆盖了具有杨-米尔斯势的自相互作用参数空间。 我们还讨论了我们结果的现象学意义,并提供了一种新的速度平均程序来约束速度依赖的自相互作用。 我们的结果已实施在新发布的代码CLASSICS中。
摘要: Many particle physics models for dark matter self-interactions - motivated to address long-standing challenges to the collisionless cold dark matter paradigm - fall within the semi-classical regime, with interaction potentials that are long-range compared to the de Broglie wavelength for dark matter particles. In this work, we present a quantum mechanical derivation and new analytic formulas for the semi-classical momentum transfer and viscosity cross sections for self-interactions mediated by a Yukawa potential. Our results include the leading quantum corrections beyond the classical limit and allow for both distinguishable and identical dark matter particles. Our formulas supersede the well-known formulas for the momentum transfer cross section obtained from the classical scattering problem, which are often used in phenomenological studies of self-interacting dark matter. Together with previous approximation formulas for the cross section in the quantum regime, our new results allow for nearly complete analytic coverage of the parameter space for self-interactions with a Yukawa potential. We also discuss the phenomenological implications of our results and provide a new velocity-averaging procedure for constraining velocity-dependent self-interactions. Our results have been implemented in the newly released code CLASSICS.
评论: 25页+附录,8图+1表,CLASSICS代码可用于计算自相互作用截面,可在https://github.com/kahlhoefer/CLASSICS获取。v2:更新以反映已发表版本
主题: 高能物理 - 现象学 (hep-ph) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO); 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:2011.04679 [hep-ph]
  (或者 arXiv:2011.04679v2 [hep-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2011.04679
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: TTK-20-39
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.103.035006
链接到相关资源的 DOI

提交历史

来自: Brian Colquhoun [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2020 年 11 月 9 日 19:00:40 UTC (2,459 KB)
[v2] 星期三, 2021 年 2 月 10 日 19:25:54 UTC (1,584 KB)
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