探测 FIMP 暗物质及 $\Delta N_{\rm eff}$ 的 Scotogenic Dirac 模型

我们研究了 Scotogenic Dirac 模型中一种以 feebly interacting massive particle 实现的方案，其中最轻的中性费米子 $N_1$ 作为暗物质候选者，通过冻结-in 或 super-WIMP 机制产生。该模型在一环路中生成 Dirac neutrino 质量，导致质量矩阵为秩-2，预测一个接近无质量的 neutrino。我们分析了各种次于轻的奇数粒子（NLOPs）的暗物质残留密度，发现 coannihilation 效应和增强的湮灭通道对于实现 NLOP 的正确热冻结丰度至关重要。我们对该模型对有效相对论种类数 $\Delta N_{\mathrm{eff}}$ 的影响进行了详细分析，该效应分别来自右手 neutrino 的热力学浴以及因 NLOP 晚期湮灭而引入的非热能注入。通过大规模参数扫描，我们识别出满足暗物质残留密度、夸克味变异、大爆炸核合学、宇宙微波背景以及 $\Delta N_{\mathrm{eff}}$ 约束的所有 NLOP 候选者的可行参数空间。