由催化湮灭产生的矢量暗物质

我们提出了一个简单的矢量暗物质(DM)模型,该模型可实现最近提出的具有催化湮灭的冻结机制。在我们的设定中,矢量DM场$X_\mu$与催化剂场$C_\mu$由SU(2)$_D$规范对称性统一。这些规范场通过由一个二重态和一个实三重态标量场触发的自发对称性破缺获得质量。催化剂粒子自动比DM更轻,因为它仅从二重态标量的真空期望值获得质量。我们还引入了一个五维算符来生成$C_\mu$与U(1)$_Y$规范场$B_\mu$之间的动力学混合项。由于高能标紫外完备性的压低,该混合项自然很小,从而允许催化剂在DM冻结之后衰变。我们推导了过程$X^\ast+X\to 2C$与$3C\to X^\ast+X$的湮灭截面,并求解了DM与催化剂的玻尔兹曼方程。我们发展了方程的解析近似解,发现其与数值解吻合良好。考虑了来自DM遗迹丰度和间接探测的约束。我们发现,在长寿命催化剂情形下,质量$m_X\gtrsim4.5$~TeV的DM得以存留。另一方面,若催化剂在催化湮灭时期衰变,则该界限可被放宽。我们还讨论了两种能够在DM冻结之前维持DM动力学平衡的范式。在这两种情形下,DM的冻结温度都比原始模型高一个数量级。