B-L 模型中的轻 Z' 与狄拉克费米子暗物质
高能物理 - 唯象学
2022-10-19 v2 高能物理 - 实验
摘要
我们考虑一个 U(1)_{B-L} 模型，其中含有一个 Z' 门户狄拉克费米子暗物质（DM）χ，其质量较低且与 B-L 规范玻色子 Z' 耦合极弱。DM χ 的任意 B-L 电荷 Q≠±1, ±3 保证了其稳定性。受即将到来的“寿命前沿（Lifetime Frontier）”实验灵敏度的启发，我们关注亚 GeV 至几 GeV 范围内的 Z' 质量 m_{Z'}。为评估 DM 遗迹丰度，我们考察了冻结出（freeze-out）与冻结入（freeze-in）两种 DM 情形。对于冻结出情形，我们表明观测到的 DM 丰度在 Z' 共振附近 m_χ ≃ m_{Z'}/2（其中 m_χ 为 DM 质量）处得以重现。对于冻结入情形，我们关注 m_χ ≪ m_{Z'}。我们表明，对于固定的 m_{Z'} 值，为重现观测 DM 丰度，g_{BL} 值大致按 1/Q 缩放。对于 10^{-6} 到 10^2 范围内的各种 Q 值，我们表明重现观测 DM 丰度所需的规范耦合值 g_{BL} 处于未来已规划及/或提议的实验如 FASER、Belle-II、LDMX 和 SHiP 的搜寻范围内。在冻结入情形下，实现可观测 g_{BL} 值所需的 Q 值远小于冻结出情形。
引用
@article{arxiv.2112.08960,
title = {Light $Z^\prime$ and Dirac fermion dark matter in the $B-L$ model},
author = {Newton Nath and Nobuchika Okada and Satomi Okada and Digesh Raut and Qaisar Shafi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.08960},
year = {2022}
}
备注
14 pages, 3 figures, revised section III with new Figure 1