来自 $U(1)_X$ 隐藏区的亚GeV毫电荷暗物质

我们对通过冻结产生机制产生的亚GeV毫电荷暗物质进行了全面研究。我们一般性地讨论了 $U(1)_X$ 隐藏区与标准模型之间的混合机制，包括动能混合与质量混合，这可以产生隐藏区暗费米子携带的毫电荷。我们深入讨论了这种毫电荷是如何产生的，并澄清了文献中关于该主题的若干误解。在不采用光子场直接与附加 $U(1)$ 混合的有效场论方法的情况下，我们分析了一个一般的可重整化模型，并研究了隐藏区粒子的完整演化。由于隐藏区粒子之间存在显著的自相互作用，隐藏区温度的演化起着至关重要的作用，我们通过求解一组耦合的玻尔兹曼方程同时处理了该演化与隐藏区粒子的数密度。我们从六种不同情形中透彻地考察了八个基准模型。从这些基准模型分析中得到的部分关键结果可能具有普适性，并适用于更广泛的冻结产生场景。我们还探讨了 $\mathcal{O}$(keV) $U(1)_X$ 暗光子作为可行暗物质候选者的可能性，尽管它对总观测暗物质遗迹密度的贡献最多约为 $\sim 5\%$。