含完整碰撞项的禁戒暗物质湮灭为轻子过程
高能物理 - 唯象学
2023-09-12 v2
摘要
基于动力学平衡假设计算热产生暗物质遗迹密度的标准方法已知对禁戒暗物质模型失效，因为仅有暗物质相空间分布函数的高动量尾部对暗物质湮灭有显著贡献。此外，已知描述非相对论暗物质粒子与标准模型热浴之间弹性散射过程的碰撞项的Fokker-Planck近似在计算上较廉价，但若两个散射伙伴质量相近则会失效。然而，这恰是禁戒暗物质范式的定义性特征。因此，在本文中，我们在完全动量依赖的玻尔兹曼方程以及一组耦合数密度与暗物质温度演化的流体方程中，纳入了完整的弹性碰撞项，针对一个通过标量媒介使禁戒暗物质湮灭为μ子或τ轻子的简化模型。在技术层面，我们解析地计算了完整碰撞项中的所有角积分，并考虑了暗物质自相互作用对遗迹密度的影响。总体现象学结果是，与传统仅求解丰度的方法相比，更新后的遗迹密度计算使实验允许的参空间显著缩减。此外，除媒介质量约为μ子或τ质量两倍的共振区域外，几乎整个当前可行的参空间都可由CMB-S4、下一代束流收集实验或未来的高亮度正负电子对撞机探测。
引用
@article{arxiv.2306.07753,
title = {Forbidden dark matter annihilation into leptons with full collision terms},
author = {Amin Aboubrahim and Michael Klasen and Luca Paolo Wiggering},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.07753},
year = {2023}
}
备注
24 pages, 6 figures; V2 corresponds to the published version