双组分情形下增强轻暗物质的可行性

我们研究双组分模型中的增强暗物质（BDM）情形。我们考虑一个嗜中微子双 Higgs 二重态模型（$\nu$2HDM），其包含一个额外的 Higgs 二重态和一个轻右手中微子。该模型扩展了一个轻（$\sim 10$~MeV）单态标量 DM $\phi_3$，其在额外的暗 $Z_2^{\rm DM}$ 对称性下稳定，且只能通过 CP 偶标量 $H$ 有效湮灭。尽管 oblique 参数对该模型施加了严格约束，引入矢量轻子（VLL）有可能挽救这一问题。矢量二重态 $N$ 和单态 $\chi$ 也通过暗 $Z_2^{\rm DM}$ 对称性稳定。最轻的矢量质量本征态（$\chi_1 \sim 100$~GeV）是该模型的第二 DM 组分。费米子 DM 被限制在狭窄的质量区间内，而标量 DM 允许的质量区间则稍宽。然而，当两个 DM sector 耦合时，湮灭道 $\chi_1 \chi_1 \to \phi_3 \phi_3$ 打开。结果费米子 relic 密度下降，为具有不足 relic 的更宽费米子 DM 质量区间铺平了道路：与单组分情形下较窄的 $[40-50]$ GeV 窗口相比，区间变为 $[30-65]$ GeV。另一方面，轻 DM $\phi_3$ 从 $\chi_1$ 的湮灭获得显著增强，导致 $\phi_3$ 共振湮灭的稀释。这反过来增加了标量 DM relic，与单独情形相比允许更小的质量区间。在双组分模型的显著参数空间中可实现精确且不足的 relic，其中总 DM relic 主要由费米子 DM 贡献主导。发现标量 DM 为次主导或同等主导（占总 DM 的 $\sim 30\% - 80\%$），具有显著增强，可在实验中探测到。