超重暗物质衰变为 $h\nu$、$Z\nu$ 和 $W\ell$ 的约束——扩展跷跷板框架内的基准示例

如果超重暗物质粒子的寿命 $\tau_X$ 极长，即大于约 $10^{22}~$年，则其质量可以非常大（$M_X\gtrsim10^9~$GeV）。对 $\tau_X$ 的此类严格约束通常是通过将衰变过程中产生的超高能（$\gtrsim10^9~$GeV）伽马射线和中微子的瞬时辐射限制在相应流量上限之下获得的。在本文中，我们表明，对于 $M_X\gtrsim10^{13}~$GeV，可以从星系中电子衰变副产物的同步辐射中获得更严格的约束。我们使用由涉及右手中微子的粒子物理模型驱动的、通用的 Higgs 诱导 $h\nu$ 和规范诱导 $Z\nu/W\ell$ 衰变通道来说明这些约束的效力。作为具体基准，我们考虑了扩展 type-I 跷跷板框架内的超重暗物质候选者，并表明寿命的下限可以转化为质量混合参数 $\delta M$ 的上限，对于 $M_X\gtrsim 10^9~$GeV，该参数必须满足约 $\delta M\lesssim 2\times 10^{-17}/[M_X/(10^9~\mathrm{GeV})]^{0.5}$~GeV。讨论了暴胀宇宙学背景下的一些推论。