近日，我校理论物理中心新物理团队在有尺寸的暗物质（puffy dark matter）的直接探测理论研究方面取得重要进展。由河南师范大学理论物理中心的杨金民教授与成都工业学院的许武龙博士和河南大学的赵俊博士合作，在国际权威的高能物理刊物Journal of High Energy Physics (JHEP)上发表题为“Scattering of non-relativistic finite-size particles and puffy dark matter direct detection”的研究论文。论文系统研究了非相对论有限尺寸暗物质粒子的散射行为，给出了精确的散射截面，揭示了尺寸效应对有尺寸暗物质直接探测的关键影响，为暗物质探测提供了更严格的理论依据。
暗物质的实验探测依赖暗物质与原子核散射截面的精确计算。传统理论通常将暗物质与原子核近似为点粒子而忽略有限尺寸带来的非微扰效应，这难以准确描述低能散射行为。针对这一问题，本研究构建了有限尺寸粒子间的Yukawa势，利用分波法严格求解了粒子的薛定谔方程。研究发现，粒子有限尺寸会使散射过程分为玻恩、共振和经典区域，有限尺寸的非微扰效应可能很显著。将该方法应用于暗物质直接探测，结果表明，原子核和暗物质粒子的有限尺寸可显著改变散射动力学和散射截面（预言的散射截面如图-1所示）。该成果完善了有限尺寸粒子的散射理论，可直接用于暗物质探测实验的数据分析。
图：有限尺寸暗物质粒子与原子核的散射截面的精确预言，其中横坐标是暗物质粒子的质量，纵坐标是散射截面。
论文链接：https://doi.org/10.1007/JHEP04(2026)006
（物理学院 吴嘉宁）