通过 NLSP 辅助冻结与长寿命特征规避暗物质约束

在本文中，我们探索了一种由转化驱动的冻结场景，其中次最轻稳定粒子 (NLSP) 通过过程「NLSP SM $\leftrightarrow$ DM SM」设定暗物质 (DM) 丰度。尽管暗物质通过冻结机制产生，但其与可见 sector 的相互作用强度可从弱耦合到微弱耦合不等。这导致了一个广阔的、尚未被探索的参数空间，该空间规避了当前的直接、间接和对撞机约束，同时在未来仍可被检验。我们在替代 $U(1)_{B-L}$ 模型的背景下研究了这一机制，其中需要四个手征费米子来抵消规范反常，这与通常需要三个右手中微子的情况不同。在此框架中成功再现了观测到的遗迹丰度。可行的参数空间可通过未来的直接探测实验进行检验，同时仍无法被间接搜索触及。我们的结果表明，暗物质遗迹密度对 NLSP-SM 相互作用强度和 NLSP 与 DM 之间的质量差高度敏感，但对 DM-SM 直接相互作用不敏感。对于某些参数选择，NLSP 通过涉及额外规范玻色子和 SM 粒子的两体或三体过程衰变为 DM，导致在 LHC 的 CMS 或 ATLAS 探测器之外发生长寿命衰变。相比之下，如果衰变通过 CP 奇希格斯玻色子进行，则在探测器内瞬时发生。我们研究了在拟议的 MATHUSLA 探测器上探测此类长寿命 NLSP 的前景，对正在进行的 FASER 实验也有类似的预期。最后，我们发现任意选择小的规范耦合或 BSM 费米子混合角值可能违反成功的大爆炸核合成 (BBN) 预测。