一个费米子 FIMP 暗物质的极小模型

我们研究标准模型（SM）的一个简单扩展，其中暗物质由弱相互作用费米子（FIMP）构成，其带有新的 $Z_4$ 对称性电荷，并在早期宇宙中通过 freeze-in 机制产生。模型中包含的唯一其他新粒子是一个单态标量，同样带有 $Z_4$ 电荷，它通过 Yukawa 相互作用与费米子耦合，并与 SM Higgs 耦合。该模型是真正极小的，因为它仅含五个自由参数：两个质量与三个无量纲耦合。依据这些参数取值，freeze-in 机制可以不同方式实现，每种方式由其自身的产生过程刻画。对全部方式，我们数值研究了遗骸密度作为模型自由参数的函数，并确定了与暗物质约束一致的区域。我们的结果表明该情形在宽泛的耦合与暗物质质量范围内均可行。因此，此模型不仅为暗物质问题提供了新颖解，也给出了费米子暗物质 freeze-in 的极小实现。