通过原初黑洞、引力波与对撞机探测两暗维度

我们在两暗维度（2DD）框架下研究原初黑洞（PBH）暗物质，该框架是一个具有两个紧致额外维、基本引力尺度约为 $10\,\mathrm{TeV}$ 的六维膜世界情景。我们计算了高维 PBH 的演化，包括最近提出的量子引力记忆负担效应。对于记忆指数 $p=2$，蒸发速率被强烈抑制，使得初始质量小至 $\sim10^{-3}\,\mathrm{g}$ 的 PBH 能够存活至今。因此，PBH 可在从 $10^{-3}\,\mathrm{g}$ 到 $10^{21}\,\mathrm{g}$ 的质量范围内解释观测到的暗物质。我们进一步计算了由导致 PBH 形成的原初曲率扰动在二阶产生的随机引力波背景。我们表明，标量诱导引力波的常规四维形式在当前及未来引力波实验可触及的整个质量范围内仍然适用。由此产生的信号可由 LISA、DECIGO 和脉冲星计时阵列探测。利用 Fisher 预测，我们发现这些观测可以高精度约束 PBH 质量、暗物质分数以及原初曲率谱的宽度。2DD 框架较低的基本引力尺度也允许在未来高能对撞机上产生微观黑洞。它们的衰变特征与引力波测量一起，为高层级引力、记忆负担机制和原初黑洞暗物质提供了互补检验。