高海拔宇宙线观测站（LHAASO）合作组对重暗物质粒子所产生的高能伽马射线信号进行搜寻并给出暗物质粒子性质最严格的限制。该研究成果“Constraints on Ultraheavy Dark Matter Properties from Dwarf Spheroidal Galaxies with LHAASO Observations”于2024年8月7日在《物理评论快报》（Physical Review Letters)发表，并被选为编辑推荐论文。

LHAASO实验对重暗物质粒子产生的信号有非常高的灵敏度，可以覆盖从一电子伏特到一百万太电子伏特的质量范围。本研究工作搜寻暗物质粒子的目标区域是银河系附近的16个矮星系（dwarf galaxies）。矮星系是被银河系引力所束缚的小星系，也称为卫星星系，普通物质含量少，天体活动非常微弱，现有理论认为其主要成分由暗物质组成，是搜寻暗物质粒子的理想对象。LHAASO通过探测暗物质粒子相互碰撞并湮灭产生出的伽马射线来寻找它们的踪迹。由于LHAASO并没有发现暗物质所产生信号，表明暗物质之间的相互作用非常微弱，进而对质量大于10 TeV的暗物质粒子属性给出最强烈的限制。

暗物质是天文观测发现的存在于宇宙中的一种不发光的神秘物质，占宇宙中物质组成的85%，但暗物质至今还没有被直接探测到，直接探测暗物质是当前物理学和天文学共同关注的重大课题。在过去的20年间，世界上开展了一系列搜寻暗物质粒子的大型实验，集中搜索质量在0.1太电子伏特（TeV，10¹²电子伏特）附近的暗物质粒子。

该工作由快盈v3的毕效军研究员、紫金山天文台的黄晓渊研究员及山东大学的祝成光教授领导的团队合作完成。

文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.061001

    图：LHAASO的观测结果排除了黑线以上的暗物质湮灭反应截面，换句话说，如果暗物质存在的话，其湮灭的几率一定要小于黑线所对应的数值。横坐标代表暗物质质量，纵坐标代表暗物质湮灭产生伽马射线的反应截面，也就是湮灭的几率。不同颜色的虚线是其他实验给出的限制，可见LHAASO在约10TeV以上的高质量区给出了最强烈的限制。左图和右图分别给出了两个代表性的暗物质粒子的湮灭的反应过程的分析结果。