Scotogenic 模型中的 Coscattering 暗物质

Scotogenic mechanism 是一种自然解释暗物质与微小 neutrino 质量共同起源的引人注目的途径。然而，传统的 scotogenic 暗物质通常面临来自不可观测的 Lepton flavor violation 和直接探测的严格限制。要生成非零的 neutrino 质量，至少需要两代暗粒子。例如，在 scotogenic inverse model 中，涉及两个实质荷为 singlets $\phi_1$ 和 $\phi_2$，它们在 $Z_2$ 对称性下为奇数。在本文中，我们考虑暗标量的质量几乎是退化的 $m_{\phi_1}\lesssim m_{\phi_2}$，这为生成暗物质 $\phi_1$ 打开了新的可行途径，如 coscattering 过程 $\phi_1\text{SM}\to \phi_2 \text{SM}$ 和 coannihilation 过程 $\phi_1 \phi_2 \to \text{SM SM}$，通过 Higgs 门或 Yukawa 门相互作用。我们探索了通过 coscattering 产生正确 relic density 的参数空间，以及对比 coannihilation 通道。我们随后全面研究了暗物质来自 Higgs 衰变、直接探测和间接探测的约束。对于更重的暗标量，三体衰变 $\phi_2\to\phi_1 f\bar{f}$ 不仅预言了大爆炸核合和宇宙微波背景的预测，也导致了在 colliders 中可观测的位移顶点信号。