类轴子粒子作为暗物质媒介：超越冻结出没
高能物理 - 唯象学
2024-01-08 v2
摘要
我们考虑一个类轴子粒子(ALP)耦合到标准模型(SM)费米子，作为SM与一个费米子暗物质(DM)粒子之间的媒介。我们探讨ALP-SM和/或ALP-DM耦合过弱以至于无法通过标准冻结出没产生DM的情形。因此DM在热意义上与可见 sector 退耦，必须通过冻结入(freeze-in)或退耦冻结出没(DFO)产生。在DFO机制中，我们提出一种改进方法，通过求解一组三个刚性耦合的玻尔兹曼方程来获得遗迹密度，其中一条方程描述从SM到暗 sector 的能量转移。在确定获得正确遗迹密度的参数空间区域后，我们重新审视来自电子束流倾倒实验、稀有与衰变、LHC上的奇异希格斯衰变、天体物理、暗物质搜寻以及宇宙学的实验约束。特别地，针对我们特定的ALP情形，我们(重新)计算并改进了束流倾倒、味与超新星约束。在整个计算中，我们对ALP到强子的部分衰变宽度采用了最先进的手征微扰论结果。我们发现，虽然预测极微小ALP-费米子耦合的DFO区域可能只能由宇宙学可观测量约束，但冻结入区域覆盖了广阔的参数空间，可能可被其他更直接的探测手段触及。该参数空间的一部分已被排除，但相当部分应可被未来对撞机实验触及。
引用
@article{arxiv.2209.03932,
title = {Axion-like particles as mediators for dark matter: beyond freeze-out},
author = {A. Bharucha and F. Brümmer and N. Desai and S. Mutzel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.03932},
year = {2024}
}
备注
59 pages, 12 figures, 2 tables