左右对称理论中的无菌中微子暗物质

$SU(2)_L \times SU(2)_R$ 规范对称性要求三个右手中微子（$N _i$），其中 $N_1$ 可以足够稳定以成为暗物质。在早期宇宙中，$W _R$ 与标准模型热浴的交换使右手中微子在高温下保持热平衡。如果 $N_1$ 在相对论性时冻结退出，并被后续一个长寿命且更重的右手中微子 $N_2$ 的衰变轻微稀释，则其可构成全部暗物质。我们系统地研究了该参数空间，将 $SU(2)_R$ 的对称性破缺尺度和 $N_1$ 的质量约束在 $(v_R,M_1)$ 平面上的一个三角形区域内，其中 $v_R = (10^6 - 3 \times 10^{12})$ GeV 且 $M_1 = (2\, {\rm keV} - 1 \, {\rm MeV})$。该三角形的大部分可通过温暗物质信号探测，特别是如果来自 $N_2$ 衰变的 leptogenesis 产生了观测到的重子不对称性。对于 $SU(2)_R$ 的双重态破缺，$v_R$ 的最小值增至 $10^8 \, {\rm GeV}$，若 leptogenesis 通过 $N_2$ 衰变发生则进一步增至 $10^9 \, {\rm GeV}$，而 $M_1$ 的上限降至 100 keV。此外，存在由 $N_2 \rightarrow N_1 \ell^+ \ell^-$ 晚期衰变产生的热 $N_1$ 暗物质成分，其可被未来的宇宙微波背景观测探测。有趣的是，$v_R$ 的范围允许精确的规范耦合统一以及对标准模型 Higgs 四次项在尺度 $v_R$ 处消失的 Higgs Parity 理解。最后，我们研究了通过 $W_R$ 相互作用的 $N_1$ 暗物质冻结产生（freeze-in），其允许宽得多的 $(v_R,M_1)$ 范围。