[论文解读] Signatures of exotic physics in antiproton cosmic ray measurements

Piero Ullio|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 1999

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文提出，高能反质子谱可能揭示新物理的特征，特别是来自致密暗物质晕中中性子湮灭的信号。它识别出可将中性子诱导的通量与宇宙射线背景区分开来的独特谱特征，即使反质子寿命短至0.15 Myr，也为即将开展的实验提供了可检验的预测。

ABSTRACT

More than a decade ago it was noticed that an unexpectedly large value of the measured cosmic antiproton flux at low kinetic energies could be interpreted in terms of a neutralino-induced component. An overproduction of low energy antiprotons seems however to be disfavoured by recent data from the BESS experiment. The strategy we propose here is to focus instead on the high energy antiproton spectrum. We find cases in which the signal from neutralino annihilations in a clumpy halo scenario can be unambiguously distinguished from the cosmic ray induced component. Such signatures can be tested in the near future by upcoming experiments. We investigate also the possibility that antiprotons have a finite lifetime. We find cases in which the neutralino-induced flux is consistent with present data for a lifetime as low as 0.15 Myr, in clear violation of a recent bound derived from the antiproton cosmic ray flux.

研究动机与目标

• 研究高能反质子谱是否能够将新物理信号与传统的宇宙射线背景区分开来。
• 利用反质子通量数据评估在致密晕情景下中性子暗物质的可行性。
• 探讨有限反质子寿命对中性子诱导通量与观测数据一致性的影响。
• 识别可在近期实验中检验的明确信号。

提出的方法

• 通过建模中性子在致密暗物质晕中的湮灭，预测高能反质子通量。
• 将预测的奇异成分与传统宇宙射线诱导的反质子通量进行比较。
• 利用BESS实验的低能反质子数据，约束中性子模型中低能反质子的过量产生。
• 分析有限反质子寿命对通量一致性的影晌，考虑0.15 Myr的下限。
• 应用谱分析检测高能区的偏离，以识别新物理的信号。
• 评估这些信号在即将开展的空间实验中可探测性的程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 高能反质子谱能否明确区分中性子湮灭信号与宇宙射线诱导的背景？
• RQ2 致密暗物质晕结构如何影响中性子湮灭产生的反质子通量预测？
• RQ3 BESS实验对中性子模型中低能反质子过量产生设定了何种约束？
• RQ4 有限反质子寿命在多大程度上影响中性子诱导通量与现有数据的一致性？
• RQ5 未来实验可探测到的反质子测量中，新物理的可检验特征是什么？

主要发现

• 在致密晕情景下，高能反质子谱表现出独特的特征，可明确区分中性子湮灭信号与宇宙射线背景。
• 即使反质子寿命低至0.15 Myr，中性子诱导的反质子通量仍与现有数据一致，这与近期基于反质子通量推导出的约束相矛盾。
• 该模型表明，高能反质子测量对新物理更敏感，而低能数据则受BESS约束。
• 奇异成分的谱形与传统成分显著不同，可实现清晰区分。
• 研究结果表明，未来实验有望在近期检验这些信号。
• 本研究为通过高能反质子观测探测中性子暗物质提供了可行框架。