异质 M 理论中的 FIMP 暗物质

在 $N=1$ 超对称异质 $M$ 理论的框架下，我们提出一种通过可观测量与隐藏 sector 之间的“模场门户”产生暗物质的“冻入（freeze-in）”机制。假定可观测量 sector 由 MSSM 或其某种物理上可接受的扩展构成，而隐藏 sector 的选择满足所有物理与数学约束。针对两类基本类型的隐藏 sector 考察了暗物质产生过程：其规范丛结构群包含反常 $U(1)$ 的，以及结构群为非阿贝尔且无反常的。给出并分析了膨胀子与“普适”模场与可观测量及隐藏 sector 所有场的耦合。随后将这些相互作用结合，产生从可观测量 sector 粒子热浴到隐藏 sector 的模场门户。接着对反常与非反常情形均分析了这些过程。表明仅有不带电的隐藏 sector 物质标量可扮演暗物质角色，且它们主要在可观测量 sector 上的“再加热”时期产生。在反常与非反常隐藏 sector 两种情形下，我们计算了暗物质“遗迹密度”。我们表明，在两种情况下，对于模场真空的广泛选择，均可正确预言可观测量遗迹密度。对于反常 $U(1)$ 情形，我们在 $B-L$ MSSM 框架下选取一特定物理上可接受的真空，并表明其精确给出了所测得的暗物质遗迹丰度。