亚稳态束缚态的 Saha 平衡与暗物质冻结
高能物理 - 唯象学
2022-09-01 v2 宇宙学与河外天体物理
摘要
亚稳态束缚态的形成与衰变可显著降低热遗迹暗物质密度，尤其对于 TeV 尺度及以上质量的暗物质。在暗物质热退耦中纳入束缚态效应原则上需要一组描述束缚与未束缚粒子的耦合玻尔兹曼方程。然而，衰变束缚态会达到并维持准稳态。在此我们一般性地证明，这将耦合系统化简为标准形式的单一玻尔兹曼方程，其带有描述束缚态形成、电离、跃迁与衰变间相互作用的有效截面。我们推导了任意数目束缚态下有效截面的闭式表达式，并表明束缚-束缚跃迁只能增大该截面。因此，激发束缚能级可能比此前估计更显著地降低暗物质密度。我们的结果将 Saha 电离平衡推广至亚稳态束缚态，潜在地可应用于暗物质热退耦之外。
引用
@article{arxiv.2112.00042,
title = {Saha equilibrium for metastable bound states and dark matter freeze-out},
author = {Tobias Binder and Anastasiia Filimonova and Kalliopi Petraki and Graham White},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.00042},
year = {2022}
}
备注
v2: toy model added, discussion on validity of steady-state approximation improved; published in PLB