$f(R)$ 引力中标量场暗物质的相互作用

在 $f(R)$ 引力中，标量场——一个源于广义相对论修正的标量自由度——如果其质量在 meV 至 MeV 范围内，则可能构成宇宙中的所有暗物质。在这项工作中，我们重新审视了标量场与标准模型粒子的相互作用，假设它们与引力的耦合是最小的。特别地，我们详细计算了标量场衰变为两个光子的速率——这是一个备受关注但文献中存在分歧的单圈过程。我们证明，使用适当正规化方法直接计算圈图，可以消除依赖场重定义雅可比行列式方法所固有的歧义。假设标量场构成了所有暗物质，我们计算了其衰变为光子所产生的平均宇宙学背景辐射。我们还估算了在炽热早期宇宙中产生的原初标量场对当前暗物质密度的贡献，并发现其可以忽略不计。我们的结果支持了原始设想的所有关键方面，即标量场暗物质表现为一个相干振荡的场。