由 $Z_4$ 对称性产生的费米子与标量双组分暗物质

我们重新审视了一个双组分暗物质模型，其中暗物质粒子是一个单态费米子（$\psi$）和一个单态标量（$S$），二者均由单一的 $Z_4$ 对称性稳定。该模型由 Y. Cai 和 A. Spray 提出，极为简单，其唯象仅由五个参数决定：两个暗物质质量和三个无量纲耦合。事实上，$S$ 通过通常的希格斯门与标准模型粒子相互作用，而 $\psi$ 仅通过汤川项 $\overline{\psi^c}(y_s+y_p\gamma^5)\psi\,S$ 与 $S$ 直接相互作用。我们考虑了暗物质粒子之间两种可能的质量层级，$M_S<M_\psi$ 和 $M_\psi<M_S$，并数值研究了该模型与当前界限的一致性。我们分析的主要新颖之处在于包含了 $y_p$ 耦合、更新了直接探测极限，以及对可行参数空间更详细的刻画。对于低于约 $1.3$ TeV 的暗物质质量，我们发现该模型不仅与所有已知约束相容，而且在未来暗物质实验中会产生可观测的信号。我们的结果表明，两种暗物质粒子都可能在直接探测实验中被观测到，并且最相关的间接探测通道是由 $\psi$ 的湮灭引起的。我们还论证该设置可扩展到其他 $Z_N$ 对称性和额外的暗物质粒子。