热化引力子暗物质的 Saxion 宇宙学

在所有超对称理论中，质量被 Planck 标度压低的引力子是暗物质的明显候选者；但如果引力子曾经达到过热平衡，这种暗物质显然要么太丰富要么太热，从而被排除。然而，在存在 axion 的理论中，saxion 凝聚体在宇宙历史的早期阶段产生，其晚期衰变稀释了暗物质。我们证明，这种稀释使得先前热化的引力子能够在非常宽的引力子质量 keV < $m_{3/2}$ < TeV、axion 衰变常数 $10^9$ GeV < $f_a$ < $10^{16}$ GeV 以及 saxion 质量 10 MeV < $m_s$ < 100 TeV 范围内解释观测到的暗物质。本文从 BBN、超对称破缺、来自 freeze-in 和 saxion 衰变的引力子与 axino 产生，以及来自失谐机制和参数共振机制的 axion 产生等方面研究了对该参数空间的约束。$(m_{3/2}, f_a, m_s)$ 仍存在较大的允许区域，但在 DFSZ 和 KSVZ 理论中有所不同。对撞机上的超伴子产生可能导致带有偏移顶点和扭折的事件，并可能包含衰变为 $(WW,ZZ,hh), gg, \gamma \gamma$ 或一对标准模型费米子的 saxion。Freeze-in 可能导致引力子暗物质的次主导暖成分，而 saxion 衰变为 axion 可能导致暗辐射。