单态-双重态自相互作用暗物质与辐射中微子质量

具有轻媒介子的自相互作用暗物质（SIDM）是一种有前景的方案，可缓解冷暗物质范式的小尺度问题，同时如天体物理观测所提示的，在大尺度上与后者一致。然而，这由于向媒介子粒子的巨大湮灭率导致 SIDM 遗迹丰度不足，常常需要扩展最简单的热或非热遗迹生成机制。在本工作中，我们考虑一种单态-双重态费米子暗物质情形，其中具有轻标量媒介子的单态费米子通过汤川型吸引势产生速度依赖的暗物质自相互作用。双重态费米子凭借其与单态的微小混合可以是长寿命的，并能在晚期为单态遗迹提供非热贡献，填补单态 SIDM 热遗迹的亏缺。轻标量媒介子由于其与标准模型希格斯玻色子的混合，为在地面实验室探测此类 SIDM 铺平了道路，从而导致来自 CRESST-III 和 XENON1T 实验的模型参数限制。通过增加两个更多单态费米子和一个标量双重态（均在未破缺的 $\mathcal{Z}_2$ 对称性下为奇），所有粒子可再以幽灵式（scotogenic）解释非零中微子质量。