নিম্ন-তাপমাত্রা পুনঃউষ্ণকরণের দৃশ্যে ডার্ক ম্যাটারে ঐক্যবদ্ধতা: বিমূর্ত এবং ভূমিকা

লিঙ্কের টেবিল

• বিমূর্ত এবং ভূমিকা
• এস-ম্যাট্রিক্স: একতা এবং এর পরিণতি
• ডার্ক ম্যাটার অ্যানিহিলেশন এবং একতা আবদ্ধ
• নিম্ন-তাপমাত্রা পুনরায় গরম করা
• একটি নিম্ন-তাপমাত্রা পুনরায় গরম করার সাথে ফ্রিজ-আউট
• সারসংক্ষেপ এবং উপসংহার
• স্বীকৃতি এবং রেফারেন্স

বিমূর্ত

থার্মাল ডার্ক ম্যাটার (DM) ভরের উপর মডেল-স্বাধীন তাত্ত্বিক আপার বাউন্ড সম্পূর্ণ নিরীক্ষিত DM প্রাচুর্য সমন্বিত সর্বাধিক স্থিতিস্থাপক DM ক্রস-সেকশন থেকে প্রাপ্ত করা যেতে পারে। আমরা সাধারণ সংখ্যা-পরিবর্তন প্রক্রিয়া r → 2 (r ≥ 2 সহ) জন্য সর্বাধিক তাপ-গড় ক্রস-সেকশন বের করতে স্ক্যাটারিং ম্যাট্রিক্সের আংশিক-তরঙ্গ এককতা স্থাপন করি, যা স্ট্যান্ডার্ড মডেল কণা জড়িত হতে পারে বা শুধুমাত্র অন্ধকার সেক্টরের মধ্যে ঘটতে পারে। s-তরঙ্গ বিনাশের জন্য DM ভরের স্বাভাবিক ঊর্ধ্বসীমা r = 2 (3) এর জন্য প্রায় 130 TeV (1 GeV) হয়, শুধুমাত্র স্ট্যান্ডার্ড মহাজাগতিক দৃশ্যকল্পে হিমায়িত হওয়ার ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। আমরা দুটি অমানক মহাজাগতিক বিবর্তনের প্রভাব বিবেচনা করি, যা নিম্ন-তাপমাত্রা পুনরায় গরম করার দ্বারা চিহ্নিত করা হয়: i) একটি সংযোগ-সদৃশ দৃশ্য এবং ii) একটি প্রাথমিক বিষয়-প্রধান দৃশ্যপট। প্রথম ক্ষেত্রে, শুরুর দিকে ফ্রিজ-আউট WIMP-এর জন্য কয়েকটি TeV-এর সাথে আবদ্ধ একতাকে শক্তিশালী করে; দ্বিতীয় ক্ষেত্রে, WIMP DM ∼ 1010 GeV-এর মতো ভারী হতে পারে একটি বৃহৎ এনট্রপি তরলীকরণের কারণে।

1। পরিচিতি

মহাবিশ্বের প্রাথমিক পর্যায়ে একটি নির্দিষ্ট DM উত্পাদনের দৃষ্টান্ত বিবেচনা করা একটি কার্যকর DM প্রার্থীর জন্য ভর পরিসরকে আরও সীমাবদ্ধ করতে পারে। উদাহরণ স্বরূপ, DM থেকে SM কণার সংখ্যা-পরিবর্তনকারী জোড়া বিনাশ তার বর্তমান ভর ঘনত্ব নির্ধারণ করে, যেখানে এটি প্রথম মহাবিশ্বে তাপীয় স্যুপের সাথে রাসায়নিক এবং গতিগত ভারসাম্য বজায় রাখে। মজার বিষয় হল, এস-ম্যাট্রিক্সের এককতার প্রয়োজনীয়তা এই দৃশ্যের জন্য DM ভরের উপর একটি মডেল-স্বাধীন উপরের সীমা নির্ধারণ করে [12, 13]। এককতার অন্তর্নিহিততা সর্বাধিক স্থিতিস্থাপক ক্রস-সেকশন অফার করে, যা হিমায়িত-আউট DM-এর ন্যূনতম সংখ্যা ঘনত্ব ঠিক করে। এই সংখ্যা ঘনত্ব ব্যবহার করে, কেউ এটির পর্যবেক্ষণকৃত অবশেষ ঘনত্ব পূরণ করে সর্বাধিক অনুমোদিত DM ভর স্থাপন করতে পারে। দূর-পরিসরের শক্তির সাথে DM-এর তত্ত্বগুলিতে, DM-এর আবদ্ধ অবস্থাগুলি গঠন করতে পারে এবং তাই স্থিতিস্থাপক বিনাশ হার [14-16] দমন করে আবদ্ধ একতাকে শিথিল করতে পারে। উপরন্তু, কণা-অ্যান্টি পার্টিকেল অ্যাসিমেট্রি সহ অন্ধকার সেক্টরগুলি ডিএম-এর জন্য অশূন্য ভারসাম্যের রাসায়নিক সম্ভাবনার আশংকা জোরদার করে, ফ্রিজ-আউটের সময় কার্যকর DM নম্বর ঘনত্বের বর্ধিত চাহিদার কারণে এককতা সীমাকে আরও সীমাবদ্ধ করে [15, 17] . তদ্ব্যতীত, ডিএম-এর জন্য বিভিন্ন পরোক্ষ অনুসন্ধান কিছু নির্দিষ্ট পরিস্থিতির জন্য ডিএম ভরের কম সীমা রাখতে পারে। থার্মাল ডিএম-এর জন্য একটি শক্তিশালী মডেল-স্বাধীন নিম্ন আবদ্ধ যা একটি s-তরঙ্গ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে দৃশ্যমান রাজ্যে ধ্বংস করছে প্রায় 20 GeV [18]। উপরন্তু, একটি আরো সীমাবদ্ধ নিম্ন সীমা সম্প্রতি পাওয়া গেছে. এটি দেখানো হয়েছে যে নিম্ন সীমাটি 200 GeV, HESS এবং অন্যান্য আপডেট করা পর্যবেক্ষণমূলক ডেটা বিবেচনা করে [19]।

বিশেষ করে, এখন পর্যন্ত উল্লিখিত সমস্ত DM পরিস্থিতি 2 → 2 সংখ্যা-পরিবর্তন প্রক্রিয়ার দিকে মনোযোগ দেয় যেখানে একটি DM যুগল একজোড়া SM কণাতে পরিণত হয়, অর্থাৎ, Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) প্যারাডাইম [20-22] [১] অধিকন্তু, এটি প্রয়োজনীয় নয় যে সংখ্যা-পরিবর্তন প্রক্রিয়ায় SM কণা জড়িত, তাই তারা অন্ধকার সেক্টরের মধ্যেও ঘটতে পারে। এই দৃশ্যের সংক্ষিপ্ত উপলব্ধি হল 3 → 2 প্রক্রিয়া, যেখানে এই ধরনের সংখ্যা-পরিবর্তন প্রতিক্রিয়া একটি একক DM প্রজাতি জড়িত। সাধারণভাবে, এই ধরনের প্রক্রিয়াগুলি নতুন আকারের স্ব-মিথস্ক্রিয়াগুলির সাথে ডিএম তত্ত্বগুলিতে উদ্ভূত হয় এবং স্ব-ইন্টার্যাক্টিং ডিএম [২৯-৩১], স্ট্রংলি ইন্টারঅ্যাক্টিং ম্যাসিভ পার্টিকেল (SIMP) দৃষ্টান্ত [৩২-৪৯], এমনকি ইলাস্টিকভাবেও ডিকপলিং রিলিক (এল্ডার) দৃশ্যকল্প [50, 51]।

এটা উল্লেখ করা অপরিহার্য যে মহাবিশ্বের প্রাথমিক ইতিহাস ডিএম জেনেসিসে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, যেহেতু সেই সময়ে তাপীয় ডিএম-এর ডিকপলিং ঘটেছিল। সাধারণত, DM-এর অধ্যয়নগুলি স্ট্যান্ডার্ড মহাজাগতিক ছবি বিবেচনা করে যেখানে বিকিরণ শক্তির ঘনত্ব বিগ ব্যাং নিউক্লিওসিন্থেসিস (BBN) এর আগে শক্তি বাজেটের উপর প্রাধান্য পায় বলে ধরে নেওয়া হয়। যাইহোক, খুব উচ্চ তাপমাত্রায় শক্তি উপাদানের জন্য সরাসরি প্রমাণ নেই। অতএব, ডিএম-এর উৎপাদনে পরিবর্তিত বিশ্বতত্ত্বের প্রভাবগুলি দেখা অত্যাবশ্যক। সাম্প্রতিক সময়ে, অ-মানক সম্প্রসারণের সময়কালে ডিএম-এর বিবর্তন সাধারণত একটি দীর্ঘজীবী বিশাল কণার ক্ষয় [48, 52-71] বা আদিম ব্ল্যাক হোল [72-95] হকিং এর বাষ্পীভবনের দ্বারা শুরু হয়। ক্রমবর্ধমান মনোযোগ গ্রহণ। এই ধরনের সমস্ত অধ্যয়ন এই সত্যের দিকে নির্দেশ করে যে অ-মানক বিশ্ববিদ্যা DM-এর পর্যবেক্ষণকৃত অবশেষকে সন্তুষ্ট করার জন্য প্রয়োজনীয় তাপীয় গড় ক্রস বিভাগের মানকে পরিবর্তন করে। তাপগত গড় ক্রস-সেকশনে এই ধরনের পরিবর্তন ডিএম-এর এককতা ভর সীমাকেও পরিবর্তন করতে পারে। সাম্প্রতিক একটি নিবন্ধে, লেখকরা এককতা সীমার উপর প্রাথমিক পদার্থের আধিপত্যের প্রভাব অধ্যয়ন করেছেন [112]।

এই নিবন্ধটি নিম্নরূপ সজ্জিত করা হয়. বিভাগ 2 এবং 3-এ, আমরা স্মাট্রিক্সের এককতা দ্বারা অনুমোদিত সর্বাধিক তাপ-গড় ক্রস-বিভাগের বিশদ ডেরিভেশন উপস্থাপন করি। আমরা দুটি ভিন্ন অ-মানক মহাজাগতিক ছবি নিয়ে আলোচনা করি: সেকশন 4-এ কাইনেশন-সদৃশ এবং দেরী-সময়ের রিহিটিং। বিভাগ 5 রেডিয়েশন-প্রধান মহাবিশ্ব এবং উল্লিখিত পরিবর্তিত বিশ্ববিদ্যার জন্য ফ্রিজ-আউট এবং ক্রস সেকশনগুলির জন্য বিশ্লেষণাত্মক অভিব্যক্তি দেখায়, এবং আমরাও আমাদের ফলাফল প্রদর্শন. অবশেষে, আমরা অধ্যায় 6 এ আমাদের ফলাফলগুলিকে সংক্ষিপ্ত করি।

[১] বিকল্পভাবে, একজনের চূড়ান্ত অবস্থায় একটি DM এবং একটি SM কণা (আধা-বিনাশ) [23-27], অথবা প্রাথমিক অবস্থায় একটি DM এবং অন্ধকার সেক্টরের আরেকটি কণা থাকতে পারে (বিনাশ) [২৮] .

[২] বারিওজেনেসিসের উপর অধ্যয়নের জন্য একটি কম পুনঃউষ্ণ তাপমাত্রা বা প্রাথমিক পদার্থ-প্রধান পর্যায়ে, রেফস দেখুন। যথাক্রমে [52, 96-100] এবং [101-104]। অধিকন্তু, প্রারম্ভিক পদার্থ যুগের পরিস্থিতিতে আদিম মহাকর্ষীয় তরঙ্গের উত্পাদন সম্প্রতি বিশেষ মনোযোগ পেয়েছে [105-111]।