中子衰变异常、中子星与暗物质

通过考虑一个分支比约为 $O(1\%)$ 的额外中子衰变至暗物质的通道，可以解决孤立中子寿命不同测量结果之间的差异。尽管衰变至暗费米子 $\chi$ 加可见物质的通道已被实验排除，但衰变至标量粒子或暗光子的暗衰变仍是一种可能。特别地，一个费米子质量 $m_\chi\approx 1$ GeV 且标量粒子质量 $m_\phi \approx O(\rm{MeV})$ 的模型，不仅能提供解释该异常所需的分支比，还能提供一个具有正确现今热丰度的良好暗物质（DM）候选者。虽然暗物质-中子相互作用会影响中子星的形成，但由轻标量粒子介导的暗物质自相互作用，以及由标量-希格斯耦合诱导的与中子的有效排斥相互作用，其综合效应将允许存在足够重的中子星。来自中子寿命、暗物质丰度、中子星与希格斯物理以及大爆炸核合成的联合约束，将轻标量粒子的质量限制在 $2 m_e < m_\phi < 2 m_e + 0.0375$ MeV 范围内。