Secluded scalar dark matter and the muon anomalous magnetic moment

被引：1

作者：

Ghorbani, Karim ^{[1
]}

机构：

[1] Arak Univ, Fac Sci, Phys Dept, Arak 3815688349, Iran

来源：

JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS | 2024年 / 51卷 / 06期

关键词：

dark matter; muon anomalous magnetic moment; relic density; DM-electron elastic scattering; LIMITS;

D O I：

10.1088/1361-6471/ad4379

中图分类号：

O57 [原子核物理学、高能物理学];

学科分类号：

070202 ;

摘要：

We consider a dark matter (DM) model with a singlet scalar, chi, as our DM candidate, which is secluded from the standard model (SM) and annihilates to the singlet scalar, phi, via a contact interaction. The singlet scalar, phi, has a leptophilic interaction with the SM leptons and may decay leptonically at tree level, and decays into a pair of photons at loop level. The focus of this work is to consider DM masses below 10 GeV. A viable secluded region is found in the parameter space after imposing the observed relic density. There is a one-loop interaction between scalar DM and the atomic electron in this model. We then apply the available direct detection bounds from Xenon10, Xenon1T and DarkSide on the DM-electron elastic scattering cross section. While the model can explain the muon anomalous magnetic moment, we apply bounds from current and future lepton collider experiments.

引用

页数：10

共 35 条

[1] Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.46 ppm [J].

Abi, B. ;

Albahri, T. ;

Al-Kilani, S. ;

Allspach, D. ;

Alonzi, L. P. ;

Anastasi, A. ;

Anisenkov, A. ;

Azfar, F. ;

Badgley, K. ;

Baessler, S. ;

Bailey, I ;

Baranov, V. A. ;

Barlas-Yucel, E. ;

Barrett, T. ;

Barzi, E. ;

Basti, A. ;

Bedeschi, F. ;

Behnke, A. ;

Berz, M. ;

Bhattacharya, M. ;

Binney, H. P. ;

Bjorkquist, R. ;

Bloom, P. ;

Bono, J. ;

Bottalico, E. ;

Bowcock, T. ;

Boyden, D. ;

Cantatore, G. ;

Carey, R. M. ;

Carroll, J. ;

Casey, B. C. K. ;

Cauz, D. ;

Ceravolo, S. ;

Chakraborty, R. ;

Chang, S. P. ;

Chapelain, A. ;

Chappa, S. ;

Charity, S. ;

Chislett, R. ;

Choi, J. ;

Chu, Z. ;

Chupp, T. E. ;

Convery, M. E. ;

Conway, A. ;

Corradi, G. ;

Corrodi, S. ;

Cotrozzi, L. ;

Crnkovic, J. D. ;

Dabagov, S. ;

De Lurgio, P. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 126 (14)

[2] Planck 2018 results: VI. Cosmological parameters (vol 641, A6, 2020) [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Battye, R. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Chluba, J. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Contreras, D. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Dusini, S. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2021, 652

[3] Constraints on Sub-GeV Dark-Matter-Electron Scattering from the DarkSide-50 Experiment [J].

Agnes, P. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Alexander, T. ;

Alton, A. K. ;

Araujo, G. R. ;

Asner, D. M. ;

Ave, M. ;

Back, H. O. ;

Baldin, B. ;

Batignani, G. ;

Biery, K. ;

Bocci, V. ;

Bonfini, G. ;

Bonivento, W. ;

Bottino, B. ;

Budano, F. ;

Bussino, S. ;

Cadeddu, M. ;

Cadoni, M. ;

Calaprice, F. ;

Caminata, A. ;

Canci, N. ;

Candela, A. ;

Caravati, M. ;

Cariello, M. ;

Carlini, M. ;

Carpinelli, M. ;

Catalanotti, S. ;

Cataudella, V. ;

Cavalcante, P. ;

Cavuoti, S. ;

Cereseto, R. ;

Chepurnov, A. ;

Cicalo, C. ;

Cifarelli, L. ;

Cocco, A. G. ;

Covone, G. ;

D'Angelo, D. ;

D'Incecco, M. ;

D'Urso, D. ;

Davini, S. ;

De Candia, A. ;

De Cecco, S. ;

De Deo, M. ;

De Filippis, G. ;

De Rosa, G. ;

De Vincenzi, M. ;

Demontis, P. ;

Derbin, A. V. ;

Devoto, A. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (11)

[4] Results from the Super Cryogenic Dark Matter Search Experiment at Soudan [J].

Agnese, R. ;

Aramaki, T. ;

Arnquist, I. J. ;

Baker, W. ;

Balakishiyeva, D. ;

Banik, S. ;

Barker, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Binder, T. ;

Bowles, M. A. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Calkins, R. ;

Cartaro, C. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chang, Y. ;

Chen, Y. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Doughty, T. ;

Fascione, E. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Fritts, M. ;

Gerbier, G. ;

Germond, R. ;

Ghaith, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, H. R. ;

Hong, Z. ;

Hoppe, E. W. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Iyer, V. ;

Jardin, D. ;

Jastram, A. ;

Jena, C. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kubik, A. ;

Kurinsky, N. A. ;

Loer, B. ;

Asamar, E. Lopez .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (06)

[5] Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm [J].

Aguillard, D. P. ;

Albahri, T. ;

Allspach, D. ;

Anisenkov, A. ;

Badgley, K. ;

Baessler, S. ;

Bailey, I. ;

Bailey, L. ;

Baranov, V. A. ;

Barlas-Yucel, E. ;

Barrett, T. ;

Barzi, E. ;

Bedeschi, F. ;

Berz, M. ;

Bhattacharya, M. ;

Binney, H. P. ;

Bloom, P. ;

Bono, J. ;

Bottalico, E. ;

Bowcock, T. ;

Braun, S. ;

Bressler, M. ;

Cantatore, G. ;

Carey, R. M. ;

Casey, B. C. K. ;

Cauz, D. ;

Chakraborty, R. ;

Chapelain, A. ;

Chappa, S. ;

Charity, S. ;

Chen, C. ;

Cheng, M. ;

Chislett, R. ;

Chu, Z. ;

Chupp, T. E. ;

Claessens, C. ;

Convery, M. E. ;

Corrodi, S. ;

Cotrozzi, L. ;

Crnkovic, J. D. ;

Dabagov, S. ;

Debevec, P. T. ;

Di Falco, S. ;

Di Sciascio, G. ;

Drendel, B. ;

Driutti, A. ;

Duginov, V. N. ;

Eads, M. ;

Edmonds, A. ;

Esquivel, J. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2023, 131 (16)

[6] Results from a Search for Dark Matter in the Complete LUX Exposure [J].

Akerib, D. S. ;

Alsum, S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

Biesiadzinski, T. P. ;

Boulton, E. M. ;

Bramante, R. ;

Bras, P. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. N. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

Kamdin, K. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (02)

[7]

Akesson T, 2018, Arxiv, DOI arXiv:1808.05219

[8]

[Anonymous], INT LINEAR COLLIDER

[9] Light Dark Matter Search with Ionization Signals in XENON1T [J].

Aprile, E. ;

Aalbers, J. ;

Agostini, F. ;

Alfonsi, M. ;

Althueser, L. ;

Amaro, F. D. ;

Antochi, V. C. ;

Angelino, E. ;

Arneodo, F. ;

Barge, D. ;

Baudis, L. ;

Bauermeister, B. ;

Bellagamba, L. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berger, T. ;

Breur, P. A. ;

Brown, A. ;

Brown, E. ;

Bruenner, S. ;

Bruno, G. ;

Budnik, R. ;

Capelli, C. ;

Cardoso, J. M. R. ;

Cichon, D. ;

Coderre, D. ;

Colijn, A. P. ;

Conrad, J. ;

Cussonneau, J. P. ;

Decowski, M. P. ;

de Perio, P. ;

Depoian, A. ;

Di Gangi, P. ;

Di Giovanni, A. ;

Diglio, S. ;

Elykov, A. ;

Eurin, G. ;

Fei, J. ;

Ferella, A. D. ;

Fieguth, A. ;

Fulgione, W. ;

Gaemers, P. ;

Rosso, A. Gallo ;

Galloway, M. ;

Gao, F. ;

Garbini, M. ;

Grandi, L. ;

Greene, Z. ;

Hasterok, C. ;

Hils, C. ;

Hogenbirk, E. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 123 (25)

[10] First Dark Matter Search Results from the XENON1T Experiment [J].