通过大的暗物质-中微子相互作用减少宇宙学小尺度结构：约束与后果

冷暗物质解释了宇宙学尺度上的广泛数据。然而，在小于星系团的尺度上，模拟与观测之间的差异证据在稳步积累。这些小尺度结构问题的解决方案可能表明模拟需要改进其包含重子物质反馈的方式，或者可能意味着暗物质的性质不同于标准的冷、无相互作用场景。一种有希望影响小尺度结构形成的方式是暗物质与中微子之间存在相对较强的耦合。我们构建了一个实验上可行、简单、可重整化的模型，其中包含中微子和暗物质之间的新相互作用。我们表明，解决小尺度结构问题需要质量在数十MeV的暗物质，并且其现今密度由暗扇区中初始的粒子-反粒子不对称性决定。产生足够大的暗物质-中微子耦合需要一个质量约为100 MeV的新重中微子。该重中微子主要是惰性的，但具有显著的τ中微子成分，而三种近乎无质量的中微子则部分是惰性的。我们首次讨论了这种暗物质-中微子相互作用如何影响中微子（尤其是τ中微子）现象学。该模型可以通过未来的天体物理、粒子物理和中微子振荡数据进行检验。来自未来邻近超新星的中微子能谱和味成分的特征将提供中微子-暗物质相互作用的有力证据。有前景的信号包括由于非标准相互作用导致的中微子振荡中的反常物质效应，以及质量约为100 MeV的τ中微子成分。