朝向暴胀子衰变非热轻生成作用的系统性研究

本文在标准 I 型跷跷板模型的最小扩展中研究暴胀子衰变的非热轻生成，其中引入复单态标量 $\phi$ 以产生右手中微子（RHN）的 Majorana 质量并充当暴胀子。首先，我们以最小的模型依赖性系统性地研究非热轻生成。我们给出参数空间的一般分类，并通过仔细考察暴胀子衰变为 RHN 与 RHN 衰变为标准模型粒子之间的相互作用，找到四个特征极限。其中三个极限是真正的非热，其最终效率高于热轻生成。针对这三个极限给出了两个解析估计及检验有效性的工作条件。特别地，我们发现“强非热 RHN”情形占据较大参数空间，包括振荡优先的 $K$ 范围，并且适用于相对较低的再加热温度 $T^{}_{\rm RH} \geq 10^3~{\rm GeV}$，将 RHN 质量的下界扩展到 $2\times 10^{7}~{\rm GeV}$。讨论了轻子味效应。其次，我们证明这种暴胀、中微子质量和重子数不对称的统一图像可通过 Coleman-Weinberg 势（对 $\phi$ 的实部）或自然暴胀势（对 $\phi$ 的虚部）实现。成功暴胀与非热轻生成所允许的参数范围比不考虑暴胀观测时受限得多。我们发现暴胀子衰变的非热轻生成为早期宇宙提供了一个可检验的框架。它可以通过即将到来的宇宙学和中微子数据进一步检验。对非热轻生成的模型无关研究应有助于探索这一方向。