标量暗物质 Freeze-In 中的多重软散射

我们提出了一种改进的计算，用于计算标量暗物质（DM）通过可重整化相互作用从规范荷母粒子产生的 freeze-in 产率。基于先前开发的 1PI 重求和框架以准确捕获相关区域 $T \sim M$，我们扩展分析以包含 Landau-Pomeranchuk-Migdal（LPM）效应，该效应在极端相对论极限下以领头阶 $g^2 T$ 对相互作用速率产生贡献。为此，我们首次推导了标量粒子的 LPM 速率方程，并将其与先前的 1PI 结果相结合，提供了一项新的最先进计算。与 1PI 结果不同，LPM 处理忽略了真空质量尺度，因此需要在极端相对论和非相对论区域之间使用一个唯象的关闭函数。我们提出了一个由热圈贡献启发的新函数，并将其与文献中的其他方法进行了比较，量化了该方法的产生不确定性。根据规范耦合以及 DM 和介导粒子之间的质量劈裂，LPM 效应对遗留密度的贡献在 1% 到 27% 之间，且其影响随规范耦合增大和质量劈裂减小而增加。此外，我们将结果与常用的半经典玻尔兹曼方法进行了比较。例如，当这些方法包含由热质量调节的衰变和散射时，我们发现根据质量劈裂的不同，偏差范围在 -30% 到 +20% 之间。最后，我们与基于硬热圈（HTL）近似的结果进行了比较。