Dirac 中性微子暗物质的现象学

在具有未破缺 R-对称性（而不仅仅是 R-宇称）的超对称模型中，中性微子是 Dirac 费米子而非 Majorana 费米子。在本文中，我们讨论了此类模型中中性微子暗物质的现象学，包括热残留丰度的计算，以及直接和间接搜寻的限制与前景。由于 R-对称模型预测了与原子核的大弹性散射截面，我们不得不考虑主要为 bino 且 higgsino 混合极少的中性微子。我们发现了一个广阔的参数空间，其中质量在 10 到 380 GeV 之间的 bino 类 Dirac 中性微子可以通过轻子交换进行湮灭，从而提供与观测到的宇宙学密度一致的热残留丰度，而无需依赖共湮灭或共振湮灭。Dirac 中性微子的间接探测信号与 Majorana 情形下的预测截然不同，其湮灭主要进行到 $\tau^+ \tau^-$、$\mu^+ \mu^-$ 和 $e^+ e^-$ 末态，且没有标准的手征抑制。与 Majorana 暗物质候选者不同，Dirac 中性微子通过矢量耦合（经由 $Z$ 和 squark 交换）经历与原子核的自旋无关散射，导致在直接探测实验中可能出现较大的速率。这些及其他特征使得 Dirac 中性微子在近期直接和间接探测异常的背景下的潜在趣味性。我们还讨论了引入小 Majorana 质量项打破 $R$-对称性，将 Dirac 中性微子分裂为一对近简并 Majorana 态的情形。