低温暗扇区与非对称再加热

在一大类理论中，暗物质的遗迹丰度由已热化的暗扇区内部的相互作用决定，标准模型（SM）并不直接参与。我们指出这些理论立即引出一个宇宙学问题：早期宇宙中暗扇区最初是如何被填充的？部分动机源于难以用重组时期相对论物种有效数量 $N_{\mathrm{eff}}$ 的宇宙微波背景测量来容纳暗辐射所携带的大量熵，我们旨在确定哪些可允许的宇宙学历史能够填充一个从未与SM达到热平衡的温热暗扇区。此类暗扇区的最小宇宙学起源是非对称再加热，即当早期宇宙中填充SM的同一机制也以较低温度填充暗扇区。在此我们证明，由此产生的暗扇区与SM之间不可避免的暴涨子介导的散射能够洗掉本可能出现的温度不对称，并确立了在最小再加热情景中可产生温度不对称的参数空间区域。因此，要获得给定大小的温度不对称，要么限制可能的暴涨子质量和耦合，要么需要一个或两个扇区的非最小宇宙学。作为一个附带好处，我们发展了在相对论玻尔兹曼方程中评估碰撞项的技术，此时必须保留对玻色-爱因斯坦或费米-狄拉克相空间分布的完全依赖，并在附录中给出了关于相对论热平均的几个新结果。