非热费米子暗物质的动量分布函数计算

暗物质现象学中最广泛研究的情景是热 WIMP 情景。尽管为探测 WIMP 做出了大量努力，至今我们仍无其直接证据。对这种暗物质未被观测到的一种可能解释是其相互作用强度极弱，因而未能与宇宙汤的其余部分热化。换言之，暗物质可能源于非热起源，其遗迹密度由所谓的冻结入（freeze-in）机制获得。此外，若该非热暗物质本身主要由另一非热母粒子衰变产生，则其分布函数在大小和形状上均可能不同于通常的平衡分布函数。本工作中，我们基于一种新型 $U(1)_{\rm B-L}$ 模型研究了此类非热（费米子）暗物质情景。$U(1)_{\rm B-L}$ 模型引人关注，因为除无反常外，它还能通过 II 型跷跷板（Type II see-saw）机制产生中微子质量。而且，正如我们将展示的，它也可容纳非热费米子暗物质。从碰撞项出发，我们通过求解耦合的玻尔兹曼方程系统计算了暗物质的动量分布函数。随后利用它计算了最终的遗迹丰度以及其他相关物理量。我们还将结果与通过直接以共动数密度 $Y$ 求解通常的玻尔兹曼（或速率）方程所得结果进行了比较。我们的发现表明，后一种近似仅当所研究系统接近平衡时才有效，因此应谨慎使用。