LHC 上单态标量粒子的天体物理约束

我们考虑了在 LHC 等对撞机上存在新重规范单态标量粒子的可行性。我们进行此项研究的原始动机是，可能在 LHC 等对撞机上发现质量约为 TeV 的新重粒子显著衰变为两个光子，但我们的分析适用范围更广。我们表明，天体物理学和宇宙学对包含此类新粒子及其相关对撞机信号的最简单紫外完备模型施加了重大约束。包含此类信号的最简单且最明显的紫外完备模型是：信号源自一个新的单态标量（或赝标量），该标量耦合到一个新的带电荷且有色的重费米子。在此我们表明，这些新费米子（及反费米子）将在早期宇宙中产生，随后与轻夸克形成新的色单态重介子，获得不可忽略的冻结丰度，并在退耦前保持动能平衡。这些重介子具有有趣的唯象学特征，取决于其电荷，包括与电子和质子形成新的束缚态。我们表明，大量此类重态将在宇宙年龄内幸存，且相当一部分最终将存在于地球和太阳系内。我们表明，这将导致可探测的后果，包括地球上湮灭产生的高能事件、新的谱线，以及引人注目的恒星失稳现象。由于未探测到这些后果，排除了此类简单的紫外完备模型，从而对 LHC 上此类新粒子的可行性构成了压力。要纳入此类标量，需要要么复杂得多的紫外完备模型，要么提供相关费米子衰变通道的更多新物理。