Scotogenic 模型的 FIMP 实现

Scotogenic 模型是超出标准模型物理的最简单场景之一，能够解释 TeV 能标下的中微子质量和暗物质。该模型包含另一个标量二重态和三个额外的单态费米子 ($N_i$)，它们在$Z_2$对称性下均为奇宇称。在本文中，我们考察了暗物质候选者$N_1$在早期宇宙中未达到热平衡从而表现为弱相互作用大质量粒子 (FIMP) 的可能性。在这种情况下，研究发现暗物质的冻结产生 (freeze-in production) 完全由奇宇称标量的衰变主导。我们计算了由此产生的暗物质丰度，并研究了其对模型参数的依赖性。研究表明，冻结机制能够在从 keV 到 TeV 能标的广泛暗物质质量范围内解释观测到的遗迹密度。除了冻结机制外，$N_1$的遗迹密度还受到次轻奇宇称粒子晚期衰变的额外贡献，我们也对此进行了分析。最后，我们考虑了暗物质粒子是弱相互作用大质量粒子 (WIMP) 但其遗迹密度收到来自 FIMP ($N_1$) 衰变的额外贡献的情形。在这种情况下，通常预期在直接和间接探测实验中会出现重要信号。