孪希格斯 WIMP 暗物质

我们在孪希格斯（Twin Higgs, TH）理论框架下研究了无物质不对称的暗物质（DM），该理论旨在解决 LHC 的自然性问题。这些理论具有一个通过（破缺的）$\mathbb{Z}_2$ 对称性与标准模型（SM）相关的孪生成分，并通过特定的希格斯门户与 SM 相互作用。我们聚焦于 TH 机制的最小实现，即兄弟孪希格斯（Fraternal Twin Higgs），其仅包含一代孪夸克和孪轻子，以及 $SU(3)'\times SU(2)'$ 规范群。我们表明存在多种自然的孪 WIMP 暗物质候选者（通过自然性与弱尺度直接相连），其中最简单且最具吸引力的是质量为 $m_{\tau^\prime} > m_{\rm Higgs}/2$ 的 $\tau^\prime$ 轻子，尽管自旋-1 的 $W^{\prime\pm}$ 暗物质和多组分暗物质也是可能的（孪重子因精细调节而被强烈排除）。我们详细考虑了孪成分中可能（亚）稳定的胶球的动力学、孪 QCD 相变的性质，以及对相对论自由度数量 $\Delta N_{\rm eff}$ 可能的新贡献。直接探测信号低于当前界限，但在不久的将来的实验中可触及。间接探测现象学丰富，需要对孪强子化和碎裂成孪胶球和夸克偶素及其随后衰变到 SM 以及可能的轻孪成分态进行详细研究。