惰性中微子与轻暗物质相互拯救
高能物理 - 唯象学
2015-06-12 v3 宇宙学与河外天体物理
高能物理 - 实验
摘要
LSND 和 MiniBooNE 等短基线中微子实验似乎表明存在轻惰性中微子。与此同时，当前的宇宙微波背景 (CMB) 和大爆炸核合成 (BBN) 测量对有效轻中微子数目 设定了上限，而 PLANCK 卫星将以更高的精度测量 ，从而进一步限制允许的惰性中微子数量。我们证明，如果一个 MeV 量级的暗物质粒子与电子和/或光子的耦合强于与中微子的耦合，那么在中微子退耦之后发生的 p 波湮灭可以降低从 BBN 和 PLANCK 推断出的 值。即使 PLANCK 观测到的 低至标准模型理论值 3.046，该机制也能容纳两个 eV 量级的惰性中微子，且无需大的中微子不对称性即可获得正确的原初元素丰度。暗物质湮灭还减弱了中微子质量的宇宙学上限，我们推导了这些上限的变化与 相应变化之间的关系。具有电偶极矩或异极矩的暗物质是展现该机制所需特性的自然候选者。巧合的是，具有这些特性且质量小于 3 MeV 的暗物质粒子，恰恰能够解释 INTEGRAL 观测到的 511 keV 伽马射线谱线。我们表明，加入两个 eV 量级的惰性中微子后，此类暗物质的质量可以小于 3 MeV；若仅考虑活性中微子，这种情况原本会被 的 CMB 上限所排除。
引用
@article{arxiv.1212.1689,
title = {Sterile Neutrinos and Light Dark Matter Save Each Other},
author = {Chiu Man Ho and Robert J. Scherrer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1212.1689},
year = {2015}
}
备注
21 pages, 1 figure, v3: version to appear in PRD with updated references; v2: updated with a detailed discussion about cosmological upper bounds on neutrino masses