扩展正则跷跷板场景中的热轻子生成、暗物质与引力波

在正则I型跷跷板场景中，标准模型通过引入三个单态右手中微子 (RHNs) $N_i, i=1,2,3$ 及其质量 $M_i, i=1,2,3$ 进行扩展，以同时解释亚电子伏特量级的轻中微子质量和高能标下的宇宙重子不对称性。在本文中，我们证明，当I型跷跷板模型通过一个单态费米子 ($S$) 和一个单态标量粒子 ($\rho$) 进行扩展时，可以实现相对低能标的热轻子生成并伴随引力波信号，其中 $S$ 和 $\rho$ 在一个离散的 $Z_2$ 对称性下是奇宇称的。我们还引入了一个类矢量费米子二重态 $\Psi$，并施加一个 $Z^\prime_2$ 对称性，在此对称性下 $N_1$ 和 $\Psi$ 是奇宇称的，而所有其他粒子是偶宇称的。这在我们构建的模型中产生了一个单态-二重态马约拉纳费米子暗物质。在高能标下，$Z_2$ 对称性通过 $\rho$ 的真空期望值自发破缺，并导致 (i) 右手中微子 ($N_2, N_3$) 与 $S$ 之间的混合，以及 (ii) 畴壁 (DWs) 的形成。对于前者，最终的轻子不对称性由 $S$ 的非平衡衰变产生，而 $S$ 主要与 $N_2$ 混合。我们证明，热轻子生成的能标可以降低到 $M_S \sim 2 \times 10^6$ GeV，这比正则I型跷跷板模型中的热轻子生成能标低了\textit{3}个数量级。对于后者，畴壁的消失会产生可观测的引力波信号，这些信号可以在 LISA、DECIGO、${\rm \mu ARES}$ 等探测器上进行探测。