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The Large Magellanic Cloud: expanding the low-mass parameter space of dark matter direct detection
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ( IF 5.3 ) Pub Date : 2024-12-13 , DOI: 10.1088/1475-7516/2024/12/037 Javier Reynoso-Cordova, Nassim Bozorgnia and Marie-Cécile Piro
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ( IF 5.3 ) Pub Date : 2024-12-13 , DOI: 10.1088/1475-7516/2024/12/037 Javier Reynoso-Cordova, Nassim Bozorgnia and Marie-Cécile Piro
We investigate how the Large Magellanic Cloud (LMC) impacts the predicted signals in near-future direct detection experiments for non-standard dark matter (DM) interactions, using the Auriga cosmological simulations. We extract the local DM distribution of a simulated Milky Way-like halo that has an LMC analogue and study the expected signals in DarkSide-20k, SBC, DARWIN/XLZD, SuperCDMS, NEWS-G, and DarkSPHERE considering DM-nucleon effective interactions, as well as inelastic DM scattering. We find that the LMC causes substantial shifts in direct detection exclusion limits towards smaller cross sections and DM masses for all non-relativistic effective field theory (NREFT) operators, with the impact being highly pronounced for velocity-dependent operators at low DM masses. For inelastic DM, where the DM particle up-scatters to a heavier state, the LMC shifts the direct detection exclusion limits towards larger DM mass splitting and smaller cross sections. Thus, we show that the LMC significantly expands the parameter space that can be probed by direct detection experiments towards smaller DM-nucleon cross sections for all NREFT operators and larger values of mass splitting for inelastic DM.
中文翻译:
大麦哲伦星云:扩展暗物质直接探测的低质量参数空间
我们使用 Auriga 宇宙学模拟研究了大麦哲伦星云 (LMC) 如何影响不久的将来非标准暗物质 (DM) 相互作用直接探测实验中的预测信号。我们提取了具有 LMC 类似物的模拟银河系状晕的局部 DM 分布,并研究了 DarkSide-20k、SBC、DARWIN/XLZD、SuperCDMS、NEWS-G 和 DarkSPHERE 中的预期信号,考虑了 DM-核子有效相互作用,以及非弹性 DM 散射。我们发现,对于所有非相对论有效场论 (NREFT) 算子,LMC 会导致直接检测排除限向更小的横截面和 DM 质量的重大变化,对于低 DM 质量的速度依赖性算子的影响非常明显。对于非弹性 DM,其中 DM 颗粒向上散射到更重的状态,LMC 将直接检测排除限转向更大的 DM 质量分流和更小的横截面。因此,我们表明 LMC 显着扩展了可以通过直接检测实验探测的参数空间,对于所有 NREFT 算子,可以探测到更小的 DM-核子横截面,对于非弹性 DM,质量分裂值更大。
更新日期:2024-12-13
中文翻译:
大麦哲伦星云:扩展暗物质直接探测的低质量参数空间
我们使用 Auriga 宇宙学模拟研究了大麦哲伦星云 (LMC) 如何影响不久的将来非标准暗物质 (DM) 相互作用直接探测实验中的预测信号。我们提取了具有 LMC 类似物的模拟银河系状晕的局部 DM 分布,并研究了 DarkSide-20k、SBC、DARWIN/XLZD、SuperCDMS、NEWS-G 和 DarkSPHERE 中的预期信号,考虑了 DM-核子有效相互作用,以及非弹性 DM 散射。我们发现,对于所有非相对论有效场论 (NREFT) 算子,LMC 会导致直接检测排除限向更小的横截面和 DM 质量的重大变化,对于低 DM 质量的速度依赖性算子的影响非常明显。对于非弹性 DM,其中 DM 颗粒向上散射到更重的状态,LMC 将直接检测排除限转向更大的 DM 质量分流和更小的横截面。因此,我们表明 LMC 显着扩展了可以通过直接检测实验探测的参数空间,对于所有 NREFT 算子,可以探测到更小的 DM-核子横截面,对于非弹性 DM,质量分裂值更大。