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Compatibility of a dark matter discovery at XENONnT or LZ with the WIMP thermal production mechanism

机译：XENONnT或LZ的暗物质发现与WIMP热产生机制的兼容性

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The discovery of dark matter (DM) at XENONnT or LZ would place constraints on DM particle mass and coupling constants. It is interesting to ask when these constraints can be compatible with the DM thermal production mechanism. We address this question within the most general set of renormalizable models that preserve Lorentz and gauge symmetry, and that extend the standard model by one DM candidate of mass m DM and one particle of mass M med mediating DM-quark interactions. Our analysis divides into two parts. First, we postulate that XENONnT/LZ has detected μ S ～ O ( 100 ) signal events, and use this input to calculate the DM relic density, Ω DM h 2 . Then, we identify the regions in the M med ? Ω DM h 2 plane which are compatible with the observed signal and with current CMB data. We find that for most of the models considered here, O ( 100 ) signal events at XENONnT/LZ and the DM thermal production are only compatible for resonant DM annihilations, i.e. for M med ? 2 m DM . In this case, XENONnT/LZ would be able to simultaneously measure m DM and M med . We also discuss the dependence of our results on m DM , μ S and the DM spin, and provide analytic expressions for annihilation cross sections and mediator decay widths for all models considered in this study.
机译：在XENONnT或LZ处发现暗物质（DM）将对DM颗粒质量和耦合常数施加约束。有趣的是，这些约束何时可以与DM热生产机制兼容。我们在保留Lorentz和规范对称性的最通用的可归一化模型集内解决此问题，并通过一个质量为m DM的DM候选对象和一个介导DM-夸克相互作用的质量为M med的粒子扩展标准模型。我们的分析分为两个部分。首先，我们假设XENONnT / LZ已检测到μS〜O（100）信号事件，并使用此输入来计算DM残留密度ΩDM h 2。然后，我们确定M med？中的区域。 ΩDM h 2平面，与观察到的信号和当前的CMB数据兼容。我们发现，对于此处考虑的大多数模型，XENONnT / LZ处的O（100）信号事件和DM热产生仅适用于共振DM hil灭，即M med？ 2 m DM。在这种情况下，XENONnT / LZ将能够同时测量m DM和M med。我们还讨论了我们的结果对m DM，μS和DM自旋的依赖性，并为本研究中考虑的所有模型提供了hil没横截面和介体衰减宽度的解析表达式。

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