Sommerfeld enhancements with vector, scalar, and pseudoscalar force carriers

被引：30

作者：

Liu, Ze-Peng ^{[1
]}

Wu, Yue-Liang ^{[1
,2
]}

Zhou, Yu-Feng ^{[1
]}

机构：

[1] Chinese Acad Sci, Inst Theoret Phys, Kavli Inst Theoret Phys China, State Key Lab Theoret Phys, Beijing 100190, Peoples R China

[2] Univ Chinese Acad Sci, Beijing 100049, Peoples R China

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2013年 / 88卷 / 09期

关键词：

ENERGIES;

D O I：

10.1103/PhysRevD.88.096008

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

The first AMS-02 measurement confirms the existence of an excess in the cosmic-ray positron fraction previously reported by the PAMELA and Fermi-LAT experiments. If interpreted in terms of thermal dark matter (DM) annihilation, the AMS-02 result still suggests that the DM annihilation cross section in the present day should be significantly larger than that at freeze-out. The Sommerfeld enhancement of the DM annihilation cross section is a possible explanation, which is however subject to the constraints from DM thermal relic density, mainly due to the annihilation of DM particles into force-carrier particles introduced by the mechanism. We show that the effects of the Sommerfeld enhancement and the relic density constraints depend significantly on the nature of the force carrier. Three scenarios where the force carrier is a vector boson, scalar, and pseudoscalar particle are investigated and compared. The results show that for the case with a vector force carrier, the Sommerfeld enhancement can marginally account for the AMS-02 data for the DM particle annihilating into 2 mu final states, while for the scalar force carrier the allowed Sommerfeld enhancement factor can be larger by a factor of 2. For the case with a pseudoscalar force carrier, the Sommerfeld enhancement factor can be very large in the resonance region, and it is possible to accommodate the AMS-02 and Fermi-LAT result for a variety of DM annihilation final states.

引用

页数：10

共 58 条

[1] Constraints on WIMP and Sommerfeld-enhanced dark matter annihilation from HESS observations of the galactic center [J].

Abazajian, Kevork N. ;

Harding, J. Patrick .

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2012, (01)

[2] Measurement of the Cosmic Ray e++e- Spectrum from 20 GeV to 1 TeV with the Fermi Large Area Telescope [J].

Abdo, A. A. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Atwood, W. B. ;

Axelsson, M. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Battelino, M. ;

Baughman, B. M. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bogaert, G. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Burnett, T. H. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Carlson, P. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Charles, E. ;

Chekhtman, A. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Cominsky, L. R. ;

Conrad, J. ;

Cutini, S. ;

Dermer, C. D. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Digel, S. W. ;

Di Bernardo, G. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

Dubois, R. ;

Dumora, D. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2009, 102 (18)

[3] Measurement of Separate Cosmic-Ray Electron and Positron Spectra with the Fermi Large Area Telescope [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Allafort, A. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

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Bregeon, J. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

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Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

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Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Charles, E. ;

Chekhtman, A. ;

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Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Conrad, J. ;

Cutini, S. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Dermer, C. D. ;

Digel, S. W. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

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Favuzzi, C. ;

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Bastieri, D. ;

Baughman, B. M. ;

Bechtol, K. ;

Bellardi, F. ;

Bellazzini, R. ;

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Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

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Bonamente, E. ;

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Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

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Bridges, M. ;

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Coulais, A. ;

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Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. ;

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Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

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Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. ;

Simon, M. ;

Sparvoli, R. ;

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[8] An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].

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Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

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Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

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Campana, D. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

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Papini, P. ;

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Alberti, G. ;

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Ambrosi, G. ;

Andeen, K. ;

Anderhub, H. ;

Arruda, L. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (14)

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[Anonymous], ARXIV09030317

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Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

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Bonamente, E. ;

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Charles, E. ;

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Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

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Cheung, C. C. ;

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Belli, F. ;

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Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bogart, J. R. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Brandt, T. J. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Burnett, T. H. ;

Busetto, G. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

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Caraveo, P. A. ;

Carlson, P. ;

Carrigan, S. ;

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Ceccanti, M. ;

Cecchi, C. ;

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Cheung, C. C. ;

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Picozza, P. ;

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Rossetto, L. ;

Simon, M. ;

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Spillantini, P. .

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[8] An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].

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Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Berges, P. ;

Bertucci, B. ;

Bigongiari, G. ;

Biland, A. ;

Bindi, V. ;

Bizzaglia, S. ;

Boella, G. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

Bolmont, J. ;

Borgia, B. ;

Borsini, S. ;

Boschini, M. J. ;

Boudoul, G. ;

Bourquin, M. ;

Brun, P. ;

Buenerd, M. ;

Burger, J. ;

Burger, W. ;

Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Casadei, D. ;

Casaus, J. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (14)

[10]

[Anonymous], ARXIV09030317

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