来自隐扇区的 keV 尺度新费米子

我们研究了一个由狄拉克费米子 $\chi$ 和一个自发破缺的 $U(1)_s$ 对称性组成的简单隐扇区模型。暗扇区通过三个右手中微子 SM 单态 $N_R$ 以及 $U(1)_s$ 与 $U(1)_Y$ 之间的动能混合与标准模型(SM)相连。破缺 $U(1)_s$ 的标量 $\phi$ 与 SM 希格斯玻色子 $H$ 之间的混合通过项 $\phi^\dagger \phi H^\dagger H$ 实现，这提供了与 SM 的第三种联系。在高能标下对 $N_R$ 进行积分不仅给出活性中微子 $\nu$ 的质量，还生成了 $\nu$ 与 $\chi$ 之间的有效狄拉克型耦合。这改变了活性中微子质量的通常 I 型跷跷板结果，并使 $\chi$ 表现得像 sterile 中微子，尽管其起源于隐扇区。$\chi$ 也被分裂为一对马约拉纳费米子。分裂的大小取决于参数。如果该对中较轻者的质量在 keV 附近，其寿命长于宇宙年龄，并且可以作为温暗物质候选者。讨论了 $\chi$ 在原子核 $\beta$ 衰变的高精度 Kurie 图和低能中微子-原子核相干散射中的信号。该模型还诱导出新的不可见 $Z$ 衰变模式，可在未来的 Z 工厂中搜寻。