具有矢量型费米子门户的重夸克亲和标量暗物质

在这项工作中，我们考虑一个实标量暗物质 $S$，它仅通过一个与 $U_i$ 具有相同量子数的矢量型费米子 $\psi$，与 $SU(2)_L$ 单态上型夸克 $U_i=u_R,c_R,t_R$ 相互作用。暗物质 - 核子散射可以通过 $h$ 介导的希格斯门户 (HP) 和 $\psi$ 介导的矢量型门户 (VLP) 进行，其中 HP 可以通过新费米子接受显著的辐射修正。我们首先研究对新 Yukawa 耦合 $y_i$ 的单独限制，发现 XENON1T 结果对来自 VLP 散射的 $y_1$ 和来自其对 HP 散射辐射贡献的 $y_3$ 有强烈的限制。由于暗物质 - 轻夸克相互作用和 HP 已在现有文献中得到充分研究，我们转而专注于暗物质 - 重夸克相互作用。由于在 $\mu_{\rm had}\sim 1$ GeV 时核子内没有价 $c,t$ 夸克，$y_2,y_3$ 相互作用表现为圈图水平的暗物质 - 胶子散射。我们发现在 $\mu_{\rm EFT}\sim m_Z$ 构建有效理论的同时，若在 $\mu_{\rm had}\sim 1\, {\rm GeV}$ 计算暗物质 - 核子散射率 $\sigma^{\rm SI}_{p}$，重整化群方程 (RGE) 和重夸克阈值效应非常重要。对于基准点 $y_3=0.5, y_2=0.5, 1, 3$，结合 $\Omega_{\rm DM} h^2\simeq 0.12$、XENON1T、Fermi-LAT 和 13 TeV LHC 数据的结果，在仅考虑暗物质 -$\{c,t\}$ 相互作用时，几乎排除了 $m_S<m_t/2$ 的情况。顶夸克的味改变中性流 (FCNC) 可以在树图水平 $t\to \psi^{(*)}S \to cSS$ 和圈图水平 $t\to c+\gamma/g/Z$ 产生，在通过其他限制后，其分支比通常低于 $10^{-9}$，这对于当前的顶夸克宽度测量仍然是安全的。